【摘要】化學(xué)平衡是無機(jī)化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要概念，本文將化學(xué)平衡的含義、特征以及與之密切相關(guān)的平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、平衡移動(dòng)定律、多重平衡在酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡、氧化還原平衡中的具體應(yīng)用情況進(jìn)行了歸納和總結(jié)，旨在幫助初學(xué)者加深對(duì)這部分內(nèi)容的理解和掌握。

【關(guān)鍵詞】平衡體系 無機(jī)化學(xué) 平衡常數(shù) 平衡濃度

無機(jī)化學(xué)是化學(xué)、材料、醫(yī)藥、化工、檢驗(yàn)等許多專業(yè)必修的一門重要基礎(chǔ)課程，也是學(xué)習(xí)分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的前提和基礎(chǔ)。系統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)主要包括化學(xué)原理和元素兩大部分，其中化學(xué)原理是大多數(shù)專業(yè)學(xué)習(xí)無機(jī)化學(xué)這門課程時(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容。有關(guān)于化學(xué)平衡問題的理論和計(jì)算是化學(xué)原理的核心部分，在無機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)中占有十分重要的地位。無機(jī)化學(xué)中涉及到化學(xué)平衡內(nèi)容有諸多章節(jié)，按其從屬關(guān)系可以分為總論和分論?；瘜W(xué)平衡就是總論；分論包括酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡、氧化還原平衡，這些內(nèi)容是化學(xué)平衡在各自平衡體系中的具體體現(xiàn)和應(yīng)用?，F(xiàn)階段大部分出版的無機(jī)化學(xué)教材針對(duì)這部分內(nèi)容都是分章節(jié)介紹，涉及到常數(shù)、公式和原理太多，學(xué)生在學(xué)習(xí)階段難以將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系融合，掌握有一定難度。教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)完分論——四大平衡以后，應(yīng)及時(shí)將其與前面總論化學(xué)平衡內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比、歸納和總結(jié)，找出它們之間的共性和特性，將會(huì)有助于幫助學(xué)生理解這部分內(nèi)容。

一、化學(xué)平衡的基本含義和特征

1.基本含義

在一定條件下，絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，即該反應(yīng)只能進(jìn)行到“某一程度”就達(dá)到反應(yīng)的終點(diǎn)。此時(shí)反應(yīng)物的消耗速度和產(chǎn)物的生成速度相等，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，該平衡狀態(tài)我們稱之為化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡的基本含義還包括：化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)所能進(jìn)行的最大限度，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的組成不再隨時(shí)間而變化；平衡常數(shù)是狀態(tài)函數(shù)，因此系統(tǒng)的組成與達(dá)到平衡狀態(tài)的途徑無關(guān)；化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)的、有條件的、相對(duì)的，當(dāng)條件發(fā)生改變時(shí)，平衡就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，建立與新條件相適應(yīng)的新平衡。

2.特征

(1)平衡濃度

化學(xué)平衡所闡述的具體含義是指可逆反應(yīng)在一定溫度下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各反應(yīng)物的濃度與產(chǎn)物的濃度存在一定關(guān)系，即“平衡濃度”之間的關(guān)系。生成物平衡濃度冪之積與反應(yīng)物平衡濃度冪之積的比值稱為這一反應(yīng)的平衡常數(shù)。這是解決與此相關(guān)的酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡、氧化還原平衡計(jì)算的必要前提。為此，我們還需要了解與平衡濃度相關(guān)的起始濃度和變化濃度，明確這三種濃度之間的關(guān)系，即起始濃度任意值，變化濃度有比例，平衡濃度相制約。

(2)經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)，是表明反應(yīng)達(dá)到最大限度的特征值，可分為經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)K和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。兩者在定義和表達(dá)形式上雖然相似，但含義卻有很大差異。經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)又稱實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，是由實(shí)驗(yàn)測定而獲得的，根據(jù)反應(yīng)類型不同及體系達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)濃度表示方法的差別，可分為濃度平衡常數(shù)K，和壓力平衡常數(shù)K。。經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)通常具有量綱，對(duì)于有氣體和溶液同時(shí)參加的反應(yīng)，量綱極為復(fù)雜，因此在使用時(shí)十分不便。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表示是以平衡濃度(或平衡分壓)與標(biāo)準(zhǔn)濃度(或標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng))的比值(即相對(duì)濃度)來代替平衡濃度，從而達(dá)到一個(gè)無量綱的平衡常數(shù)，它同樣可以表達(dá)體系達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度關(guān)系，而且使用更為簡潔方便。此外，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)一致，有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此使用更為廣泛。

此外，在使用平衡常數(shù)時(shí)我們還需要注意以下幾點(diǎn)：平衡體系中固體、純液體以及稀溶液中溶劑水的濃度(活度)都近似，因此它們都不會(huì)出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達(dá)式中；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；同一化學(xué)反應(yīng)，在同一溫度下，平衡常數(shù)的具體數(shù)值與方程式的寫法有關(guān)，寫法不同，表達(dá)式中的指數(shù)不同，平衡常數(shù)不同；平衡常數(shù)是表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的一個(gè)定量標(biāo)度，利用平衡常數(shù)的大小比較不同反應(yīng)進(jìn)行的程度時(shí)，各反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)必須相同，否則可能得出錯(cuò)誤結(jié)論。

二、化學(xué)平衡在各類平衡體系中的具體應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，化學(xué)平衡常常涉及包括平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、平衡移動(dòng)定律和多重平衡等具體問題，這也是掌握化學(xué)平衡的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面將詳細(xì)討論這些問題在酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡、氧化還原平衡中的具體應(yīng)用。

1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

在總論化學(xué)平衡體系中，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)一般用來表示。在分論酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡、氧化還原平衡從反應(yīng)類型上來說都屬于離子反應(yīng)。因此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)一般用來表示，隨著反應(yīng)體系的不同，的具體含義也不同，列出了常用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)在各平衡中的具體表示形式。在酸堿平衡體系中，經(jīng)常討論的是水的解離平衡和弱酸、弱堿的解離平衡，平衡常數(shù)的表示分別為《研究的側(cè)重點(diǎn)是各種復(fù)雜體系中溶液蚶值的計(jì)算。在沉淀溶解平衡中，判斷多離子共存溶液中沉淀的生成與溶解是計(jì)算的重點(diǎn)，衡量的標(biāo)準(zhǔn)就是平衡溶液體系中反應(yīng)商J與離子積常數(shù)的大小。在配位平衡反應(yīng)中，分別表示配合物的不穩(wěn)定常數(shù)和形成常數(shù)，其數(shù)值大小分別表示配合物分解或是形成反應(yīng)趨勢的大小。在電化學(xué)氧化還原平衡中，常常考察的具體重點(diǎn)是利用各種反應(yīng)的電極電勢來計(jì)算相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。

2.平衡轉(zhuǎn)化率

對(duì)于一般可逆反應(yīng)，除了標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)以外，有關(guān)化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率的概念也比較多。雖然在不同平衡體系中的叫法各不相同，但是其本質(zhì)都是一樣的，表示某物質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)化的濃度與起始濃度的比值。例如，酸堿平衡體系中的弱酸弱堿的解離度和鹽的水解度；沉淀溶解平衡中的溶解度等。平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率之間也存在一定關(guān)系，一般來說，反應(yīng)的平衡常數(shù)。越大，平衡轉(zhuǎn)化率也就越大。另一方面，只要化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式與的表達(dá)式相匹配，平衡轉(zhuǎn)化率也可以確定反應(yīng)程度的相對(duì)大小。

3.平衡移動(dòng)定律

前面的討論我們已知建立化學(xué)平衡的條件是相對(duì)的，體系的外界條件發(fā)生改變，平衡就會(huì)發(fā)生移動(dòng)。勒夏特列(Le Chatelier)原理從定性的角度詳細(xì)闡述了平衡移動(dòng)的普遍原理。勒夏特列原理在四大平衡體系中主要是考慮濃度因素——反應(yīng)商J對(duì)于平衡移動(dòng)的影響，一旦平衡濃度發(fā)生改變，平衡必然發(fā)生移動(dòng)。平衡移動(dòng)的方向主要是考慮反應(yīng)商J與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的大小，在酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡反應(yīng)中影響平衡移動(dòng)的因素通常分別為溶液pH、pOH值的改變、溶度積的改變和配合物生成與溶解；在氧化還原平衡體系中，濃度改變直接體現(xiàn)在電極電勢的數(shù)值，因此電極電勢的改變直接反應(yīng)出平衡的移動(dòng)。平衡移動(dòng)的結(jié)果是建立新的平衡體系，最終使得正向和逆向反應(yīng)速度相等并且反應(yīng)的對(duì)于氧化還原平衡而言則是。

4.多重平衡

以上討論的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)、平衡轉(zhuǎn)化率和平衡移動(dòng)定。