王星元(特級教師)

已知基本常數(shù):難溶電解質(zhì)的Ksp、弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)(弱酸的Ka及弱堿的Kb)、水的Kw，如何求整個化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K?對于簡單的化學(xué)反應(yīng)來說,常用變換相關(guān)物質(zhì)基本常數(shù)冪與相關(guān)離子濃度冪乘除的方法,找出K與相關(guān)物質(zhì)基本常數(shù)冪的關(guān)系,然后求解．但對于復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)來說,用變換法找出上述關(guān)系相當困難．現(xiàn)總結(jié)歸納出簡單的方法,則很容易得出K與相關(guān)物質(zhì)基本常數(shù)的冪的關(guān)系．方法是:平衡常數(shù)K等于反應(yīng)物中有基本常數(shù)物質(zhì)常數(shù)冪的乘積與生成物中有基本常數(shù)物質(zhì)常數(shù)冪的乘積的比值．即，

(二元弱酸H2A的常數(shù)為Ka1×Ka2; HA-的常數(shù)為Ka2．三元弱酸H3A依此類推等.)

現(xiàn)例析由基本常數(shù)求下列反應(yīng)的平衡常數(shù)K．

1) Cu(OH)2(s)+2CH3COOH(aq)

Cu2+(aq)+2CH3COO-(aq)+2H2O(l)

分析反應(yīng)物中難溶電解質(zhì)為Cu(OH)2,常數(shù)為Ksp(化學(xué)計量數(shù)1為冪指數(shù)不寫出,下同)；弱電解質(zhì)有CH3COOH,常數(shù)為Ka，化學(xué)計量數(shù)2為冪指數(shù);生成物中弱電解質(zhì)有H2O,常數(shù)為Kw,化學(xué)計量數(shù)2為冪指數(shù)．該反應(yīng)的平衡常數(shù)

3) 3Mg(OH)2(s)+2H3PO4(aq)

Mg3(PO4)2(s)+6H2O(l)

分析反應(yīng)物中難溶電解質(zhì)為Mg(OH)2,常數(shù)為Ksp，化學(xué)計量數(shù)3為冪指數(shù);難電離的物質(zhì)為H3PO4,常數(shù)為(Ka1×Ka2×Ka3),化學(xué)計量數(shù)2為冪指數(shù)．生成物中難溶電解質(zhì)為Mg3(PO4)2,常數(shù)為Ksp;弱電解質(zhì)有H2O,常數(shù)為Kw,計量數(shù)6為冪指數(shù)．該反應(yīng)的平衡常數(shù)

4) Cu2+(aq)+H2S(aq)CuS(s)+2H+(aq)

同理,可求出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)：

5) Cu2+(aq)+HS-(aq)CuS(s)+H+(aq)

6) 2AgCl(s)+S2-(aq)Ag2S(s)+2Cl-(aq)

CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)

8) CuCl(s)+H2O(l)

CuOH(s)+Cl-(aq)+H+(aq)

注意: 反應(yīng)物中有CO2參與的反應(yīng),實質(zhì)上是CO2與H2O反應(yīng)生成H2CO3參與的反應(yīng);生成物中的CO2,實質(zhì)上是生成物H2CO3的分解產(chǎn)物.故反應(yīng)物及生成物中的(CO2+H2O)均按H2CO3來計算．若反應(yīng)物或生成物中只有CO2沒有H2O(或H2O的計量數(shù)小于CO2),則在式子兩邊均加相應(yīng)量的H2O,使有CO2的一方能組成(CO2+H2O),然后再計算;SO2,NH3等也要如此考慮．溶于水本身為酸的氣體(如H2S等),無論在反應(yīng)物或生成物中都按其酸來計算(此類情況計算的平衡常數(shù)是用H2CO3、H2S等溶液的濃度作為反應(yīng)物、生成物濃度之一來表達、計算變換后實質(zhì)反應(yīng)的平衡常數(shù)).

9) CaCO3(s)+2CH3COOH(aq)

Ca2+(aq)+2CH3COO-(aq)+CO2(g)+H2O(l)

分析反應(yīng)物中難溶電解質(zhì)為CaCO3,常數(shù)為Ksp;難電離的物質(zhì)是CH3COOH,常數(shù)為Ka，化學(xué)計量數(shù)2為冪指數(shù)．生成物中有(CO2+H2O),按H2CO3來計算，常數(shù)為Ka1×Ka2．該反應(yīng)平衡常數(shù)為

10) CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)

11) Ca2+(aq)+2OH-(aq)+CO2(g)

CaCO3(s)+H2O(l)

分析反應(yīng)物中有CO2無H2O,方程式兩邊均需加1個H2O,反應(yīng)轉(zhuǎn)化為下列式子:

Ca2+(aq)+2OH-(aq)+CO2(g)+H2O(l)
CaCO3(s)+2H2O(l),

反應(yīng)物中(CO2+H2O)按H2CO3來計算,常數(shù)為Ka1×Ka2.生成物中難溶電解質(zhì)是CaCO3,常數(shù)為Ksp;弱電解質(zhì)有H2O,常數(shù)為Kw,化學(xué)計量數(shù)2為冪指數(shù)．該反應(yīng)平衡常數(shù)為

2Fe(OH)3(s)+3CO2(g)

分析生成物中有CO2沒有H2O,方程式兩邊均加3個H2O(使生成物中CO2與H2O的化學(xué)計量數(shù)之比為1∶1),反應(yīng)轉(zhuǎn)化為下列式子:

反應(yīng)物中弱電解質(zhì)有H2O,常數(shù)為Kw,化學(xué)計量數(shù)6為冪指數(shù)．生成物(CO2+H2O)按H2CO3來計算,常數(shù)為Ka1×Ka2，化學(xué)計量數(shù)3為冪指數(shù)；生成物中難溶電解質(zhì)是Fe(OH)3,常數(shù)為Ksp,化學(xué)計量數(shù)2為冪指數(shù)．該反應(yīng)平衡常數(shù)

注意: 對難溶電解質(zhì)中難電離的離子(如酸式酸根陰離子等),同樣要計量其常數(shù),不能遺忘．

13) Mg(OH)2(s)+H3PO4(aq)

MgHPO4(s)+2H2O(l)

鏈接練習(xí)

由基本常數(shù)求下列反應(yīng)的平衡常數(shù)K．

1. Bi2S3(s)+3Cu2+(aq)3CuS(s)+2Bi3+(aq)

2. Fe3+(aq)+3H2O(l)

Fe(OH)3(s)+3H+(l)

Fe(OH)3(s)+3CO2(g)

4. 2Al3+(aq)+3S2-(aq)+6H2O(l)

2Al(OH)3(s)+3H2S(g)

Mg2+(aq)+2NH3·H2O(aq)

6. Al(OH)3(s)+3H3PO4(aq)

鏈接練習(xí)參考答案