用好濃度商這把鑰匙

蘭建祥

所謂的濃度商，是指在任意時(shí)刻，生成物濃度的冪之積與反應(yīng)物濃度的冪之積的比值（常用符號(hào)Qc表示）。借助濃度商Qc與平衡常數(shù)K的比較，定量判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)或平衡的移動(dòng)方向，有時(shí)給分析問(wèn)題帶來(lái)方便，有時(shí)是分析問(wèn)題的必經(jīng)之路。

一、解決定點(diǎn)問(wèn)題

化學(xué)平衡中的有些問(wèn)題，只能運(yùn)用濃度商來(lái)定量分析解決。

1、判斷雙向投料時(shí)平衡的移動(dòng)方向

【題1】在容積為1L的恒溫密閉容器中充入1molCO2和3molH2發(fā)生反應(yīng)：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）。測(cè)得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如右圖所示。若在上述平衡體系中再充0.5molCO2和1.5mol水蒸氣（保持溫度不變），則此平衡將移動(dòng)（填“正向”、“不”或“逆向”）。

解析：由于同時(shí)增大反應(yīng)物和生成物濃度，故運(yùn)用平衡一定原理難以判斷平衡移動(dòng)的方向，若借助濃度商來(lái)解析，則問(wèn)題迎刃而解。

根據(jù)圖像中的數(shù)據(jù)，列三段式計(jì)算：

CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）

起始濃度（mol·L-1）： 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol·L-1）：0.75 2.25 0.75 0.75

平衡濃度（mol·L-1）：0.25 0.75 0.75 0.75

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=[c（CH3OH）·c（H2O）]/[c（CO2） ·c3（H2）]

=（0.75×0.75）/（ 0.25×0.753） =16/3。

保持溫度不變，在上述平衡體系中再充0.5molCO2和1.5mol水蒸氣，則此時(shí)濃度商為：Qc=（0.75×2.25）/（ 0.75×0.753） =16/3=K，故平衡不移動(dòng)。

2、判斷恒溫恒壓時(shí)平衡移動(dòng)的方向

【題2】（2003年全國(guó)理綜試卷第12題）某溫度下，在一容積可變的密閉容器中，反應(yīng)2A（g）+B（g） 2C（g）達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4moL 、2moL和4moL。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整，可使平衡右移的是（）

A.均減半 B.均加倍 C.均增加1moL D.均減少1moL

解析：前提條件為保持溫度和壓強(qiáng)不變，選項(xiàng)A、B的投料與原平衡等效，平衡將不移動(dòng)。對(duì)選項(xiàng)C，常出現(xiàn)這樣的分析：將“均增加1moL”虛擬為先加入1molA、0.5molB、1molC，此時(shí)平衡不移動(dòng)，再加入0.5molB，則平衡右移。這種分析存在的問(wèn)題是：當(dāng)繼續(xù)增加0.5mol B時(shí)，B的濃度增大，但因?yàn)楹銐?，容器的體積增大，A、C的濃度因此降低，這樣一來(lái)，平衡的移動(dòng)方向就很難確定。正確的分析為：設(shè)容器的體積為V，則可計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)K=V/2，均增加1mol后，由于恒壓，體積增大為13V/10，此時(shí)濃度商Q=13V/30

3、判斷沉淀的生成、溶解與沉淀溶解平衡的移動(dòng)方向

通過(guò)比較溶度積常數(shù)（Ksp）與溶液中有關(guān)離子濃度的冪之積（即濃度商）可以判斷在給定條件下沉淀的生成、溶解或轉(zhuǎn)化，即利用溶度積規(guī)則判斷。

（1）判斷沉淀的生成

【題3】1、AgCl的Ksp=1.80×10-10，將0.002 mol·L-1的NaCl和0.002 mol·L-1的AgNO3溶液等體積混合，是否有AgCl沉淀生成？

解析：混合后，Qc=c（Cl-）·c（Ag+）=0.001×0.001=10-6>Ksp，有沉淀生成。

（2）判斷沉淀的溶解

【題4】已知25℃時(shí)，Ksp[Fe（OH）3]=8×10—39，向Fe（OH）3沉淀中加入鹽酸，使Fe（OH）3溶解后的c （Fe3+）達(dá)到1.0 mol·L-1，則應(yīng)控制溶液的pH=。（已知lg5=0.7）

解析：要使沉淀溶解，則Qc=c（Fe3+）· c3（OH-） ≤Ksp[Fe（OH）3]，代入入數(shù)據(jù)計(jì)算得c （OH-）≤2×10—13，則c （H+）≥1.0×10—14/（2×10—13）=5×10-2，pH≤2-lg5=2-0.7=1.3。

（3）判斷沉淀的轉(zhuǎn)化

【題5】已知Ksp（AgCl）=1.8×10-10，Ksp（AgI）=1.0×10-16。AgCl若要在NaI溶液中開(kāi)始轉(zhuǎn)化為AgI，則NaI的濃度必須不低于。

解析：在AgCl飽和溶液中：c（Ag+）=√（K_（sp（AgCl）） ）=√（1.8×〖10〗^（-10） ）=1.34×10-5

要產(chǎn)生AgI沉淀，則Qc=c（I-） c（Ag+） >Ksp（AgI），代入入數(shù)據(jù)計(jì)算得c（I-）>Ksp（AgI）/ c（Ag+）=1.0×10-16/1.34×10-5=7.46×10-11 mol·L-1。

二、解釋疑點(diǎn)問(wèn)題

判斷有些平衡的移動(dòng)方向時(shí)，學(xué)生常常會(huì)出現(xiàn)模凌兩可甚至是自相矛盾的情況，若運(yùn)用濃度商來(lái)判斷，則簡(jiǎn)單明確。舉例如下：

1、向水中加入H2SO4后，水的電離平衡如何移動(dòng)？

學(xué)生對(duì)此會(huì)產(chǎn)生兩種完全對(duì)立的認(rèn)識(shí)：一是認(rèn)為加入H2SO4后使c（H+）增大，使水的電離平衡左移；二是認(rèn)為加入H2SO4后，H+與OH-中和，使水的電離平衡右移。后者錯(cuò)誤的原因在于忽視了H+與OH-中和的產(chǎn)物恰好是水，等同于反應(yīng)逆向進(jìn)行。若運(yùn)用濃度商來(lái)解釋，則簡(jiǎn)單明了：溫度不變，Kw是常數(shù)，加入H2SO4，c（H+）增大，c（H+）·c（OH-）>Kw，故水的電離平衡左移。

2、向CH3COONa溶液中加入少量冰醋酸，醋酸鈉的水解平衡如何移動(dòng)？

與上述問(wèn)題類類似，學(xué)生中存在兩種完全相反的認(rèn)識(shí)：一是認(rèn)為加入冰醋酸后，c（CH3COOH）增大，使水解平衡左移；二是認(rèn)為加入冰醋酸后，CH3COOH會(huì)與CH3COONa水解產(chǎn)生的OH-反應(yīng)，使平衡平衡右移。用濃度商可解釋為：加入冰醋酸，c（CH3COOH）增大，c（CH3COOH）·c（OH-）>Kh，故水解平衡左移。

三、定量解釋平衡移動(dòng)的有關(guān)規(guī)律

濃度（或壓強(qiáng)）對(duì)化學(xué)平衡或轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律，均可以運(yùn)用濃度商進(jìn)行定量解釋，借此可以強(qiáng)化對(duì)平衡移動(dòng)規(guī)律的理解。

1、加水稀釋，為什么醋酸的電離平衡右移？

學(xué)生習(xí)慣于運(yùn)用勒夏特列原理來(lái)解釋該問(wèn)題：加水稀釋，使得溶液中溶質(zhì)微粒的總濃度降低，平衡向著使溶液中微粒數(shù)增多的方向移動(dòng)，即向電離的方向移動(dòng)。

其實(shí)也可以借助濃度商來(lái)定量解釋：醋酸的電離平衡為：CH3COOH CH3COO-+H+，Ka=c（CH3COO-）·c（H+）/·c（CH3COOH），設(shè)把溶液體積加水稀釋m（m>1）倍，則此時(shí)Qc=ka /m

同理可以解釋：（1）壓強(qiáng)如何影響有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡，（2）壓強(qiáng)的變化對(duì)可逆反應(yīng)aA（g）+bB（g） mM（g）+nN（g）（a+b=m+n）的平衡為什么沒(méi)有影響。

2、為什么壓強(qiáng)影響反應(yīng)aA（g）+bB（g） mM（g）+nN（g）的平衡有三種情況？

設(shè)平衡時(shí)各組分的濃度為c（A）、c（B）、c（C）、c（D），則平衡常數(shù)為K=[ca（A）·cb（B）]/[cc（C）·cd（D）]，再假設(shè)將容器體積壓縮為原來(lái)的m倍，則此時(shí)：

Qc=[ma·ca（A）·mb·cb（B）]/[mc·cc（C）·md·cd（D）]

=ma+b-m-n·[ca（A）·cb（B）]/[cc（C）·cd（D）]

=ma+b-m-n·K

當(dāng)a+b>m+n時(shí)，Qc>K，平衡逆向移動(dòng)；當(dāng)a+b=m+n，Qc=K，平衡不移動(dòng)；當(dāng)a+b