【化学平衡常数习题】在化学学习中，化学平衡是一个非常重要的知识点，而平衡常数则是用来定量描述反应达到平衡时各物质浓度之间关系的关键参数。掌握好化学平衡常数的计算与应用，不仅有助于理解反应的方向和程度，还能为后续的化学反应速率、电离平衡等内容打下坚实的基础。
一、什么是化学平衡常数？
化学平衡常数（K）是表示在一定温度下，可逆反应达到平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。对于一般的可逆反应：
$$ aA + bB \rightleftharpoons cC + dD $$
其平衡常数表达式为：
$$ K = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b} $$
其中，方括号表示各物质的浓度，单位为mol/L。需要注意的是，纯固体或纯液体不写入平衡常数表达式中。
二、平衡常数的意义
1. 判断反应进行的方向：当 $ Q < K $ 时，反应向正方向进行；当 $ Q > K $ 时，反应向逆方向进行；当 $ Q = K $ 时，系统处于平衡状态。
2. 预测反应的限度：K 值越大，说明生成物的浓度越高，反应越彻底；反之，则反应进行的程度较小。
3. 比较不同反应的难易程度：通过比较不同反应的 K 值，可以了解哪些反应更容易发生。
三、常见题型解析
题型一：根据已知浓度求平衡常数
例题：在某温度下，将 0.5 mol CO 和 0.5 mol H₂O(g) 放入 1 L 密闭容器中，反应如下：
$$ CO(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + H_2(g) $$
达到平衡时，测得 CO 的浓度为 0.3 mol/L。求该反应的平衡常数 K。
解析：
初始浓度：
- [CO] = 0.5 mol/L
- [H₂O] = 0.5 mol/L
- [CO₂] = 0
- [H₂] = 0
变化量：
- [CO] 减少 x
- [H₂O] 减少 x
- [CO₂] 增加 x
- [H₂] 增加 x
平衡时：
- [CO] = 0.5 - x = 0.3 → x = 0.2
- [H₂O] = 0.5 - 0.2 = 0.3
- [CO₂] = 0.2
- [H₂] = 0.2
代入公式：
$$ K = \frac{[CO_2][H_2]}{[CO][H_2O]} = \frac{(0.2)(0.2)}{(0.3)(0.3)} = \frac{0.04}{0.09} ≈ 0.444 $$
题型二：根据平衡常数计算平衡浓度
例题：已知反应 $ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) $ 的 K = 4.0 × 10⁻⁵，在某温度下，若初始浓度为 [N₂] = 0.1 mol/L，[H₂] = 0.3 mol/L，求平衡时 [NH₃] 的浓度。
解析：
设平衡时 [NH₃] = 2x，则：
- [N₂] = 0.1 - x
- [H₂] = 0.3 - 3x
- [NH₃] = 2x
代入 K 表达式：
$$ K = \frac{(2x)^2}{(0.1 - x)(0.3 - 3x)^3} = 4.0 × 10^{-5} $$
由于 K 很小，说明反应进行程度很小，x 可以忽略不计，因此近似：
- [N₂] ≈ 0.1
- [H₂] ≈ 0.3
- [NH₃] ≈ 2x
代入后：
$$ \frac{(2x)^2}{(0.1)(0.3)^3} = 4.0 × 10^{-5} $$
解得：
$$ \frac{4x^2}{0.0027} = 4.0 × 10^{-5} $$
$$ x^2 = \frac{4.0 × 10^{-5} × 0.0027}{4} = 2.7 × 10^{-8} $$
$$ x = \sqrt{2.7 × 10^{-8}} ≈ 5.2 × 10^{-4} $$
$$ [NH_3] = 2x ≈ 1.04 × 10^{-3} \text{ mol/L} $$
四、总结
化学平衡常数是化学反应研究中的重要工具，通过合理运用平衡常数，可以解决许多实际问题。在做题过程中，要注重理解反应的原理，灵活运用公式，并注意单位和条件的变化。只有不断练习，才能真正掌握这一知识点。
