化学平衡与生活
摘要:化学平衡是化学中非常重要的概念，文章回顾了化学平衡的发展历史，简明的回顾了化学平衡的相关概念。并且对化学平衡在生活生产中的各方面应用做了简单的介绍。进一步明确了化学平衡学习的重要意义。 关键词：化学平衡，生活应用，发展历史 什么是化学平衡
化学平衡是化学中的一个非常重要的概念，化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。根据勒夏特列原理，如一个已达平衡的系统被改变，该系统会随之改变来抗衡该改变。简单来说，我们要研究和利用一个化学反应，不仅要知道它进行的方向，还应该知道反应达到平衡时产物有多少。我们就需要研究化学反应的限度，这个限度的存在就是化学平衡的意义所在。在一定条件下，既能向某一方向又能向相反方向进行的反应即为可逆反应，可逆反应不能进行到底，而现实中存在的绝大多数化学反应都具有可逆性，不存在绝对的可逆反应或是不可逆反应，可逆不可逆的的区别主要在于反应进行的程度不同，反应都可在不同程度上达到平衡。达到一个化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。描述反应进行的程度就要用到平衡常数的概念， 化学平衡常数，是指在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也不管反应物起始浓度大小,最后都达到平衡,这时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常数,用K表示,即为化学平衡常数。化学平衡的过程，反应开始时，反应物浓度较大，产物浓度较小，所以正反应速率大于逆反应速率。随着反应的进行，反应物浓度不断减小，产物浓度不断增大，所以正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大。当正、逆反应速率相等时，系统中各物质的浓度不再发生变化，反应就达到了平衡。此时系统处于动态平衡状态，并不是说反应进行到此就完全停止，所以说，化学平衡为动态平衡。 化学平衡的研究历史
19世纪。人们发现炼铁炉出口含有大量的CO，最初认为是由于CO和铁矿石接触时间不够导致。为此，人们采取了增加炼铁炉高度的方法想使反应达到完全进行，在英国就曾经建起过30多米高的高炉，但是出口气体中CO的含量并未减少，造成了很大的浪费。对高炉炼铁的深入研究让人们认识到化学反应并不是简简单单的进行，可逆过程存在与化学反应的方方面面。19世纪50-60年代，热力学的基本规律已明确起来，但是一些热力学概念还比较模糊，数字处理很烦琐，不能用来解决稍微复杂一点的问题，例如化学反应的方向问题。当时，大多数化学家正致力于有机化学的研究，也有一些人试图解决化学反应的方向问题。这种努力除了质量作用定律之外，还有其他一些人试图从别的角度进行反应方向的探索，其中已有人提出了一些经验性的规律。在这一方面做出突出贡献的是吉布斯，他在热力化学发展史上的地位极其重要。吉布斯在势力化学上的贡献可以归纳4个方面。第一，在克劳胥斯等人建立的第二定律的基础上，吉布斯引出了平衡的判断依据，并将熵的判断依据正确地限制在孤立体系的范围内。使一般实际问题有了进行普遍处理的可能。第二，用内有、熵、体积代替温度、压力、体积作为变量对体系状态进行描述。并指出汤姆生用温度、压力和体积对体系体状态进行描述是不完全的。第三，吉布斯在热力学中引入了“浓度”这一变量，并将明确了成分的浓度对内能的导数定义为“热力学势”。第四，他进一步讨论了体系在电、磁和表面的影响下的平衡问题。
吉布斯对平衡的研究成果主要发表在他的三篇文章之中。吉布斯前两篇文可以说只是一个准备，1876年和1878年分两部分发表了第三篇文章-《关于复相物质的平衡》，文章长达300多页，包括700多个公式。前两篇文章是讨论单一的化学物质体系，这篇文章则对多组分复相体系进行了讨论。由于热力学势的引入，只要将单组分体系状态方程稍加变化，便可以对多组分体系的问题进行处理了。
对于吉布斯的工作，勒夏特列认为这是一个新领域的开辟，其重要性可以与质量不灭定律相提并论。在吉布斯之后，热力学仍然只能处理理想状态的体系。这时，美国人洛易斯分别于1901年和1907年发表文章，提出了“逸度”与“活度”的概念。路易斯谈到“逃逸趋势”这一概念，指出一些热力学量，如温度、压力、浓度、热力学势等都是逃逸趋势量度的标度。
路易斯所提出的逸度与活度的概念，使吉布斯的理论得到了有益的补充和发展，从而使人们有可能将理想体系的偏差进行统一，使实际体系在形式上具有了与理想体系完全相同的热力学关系式。
综上所述，经过科学家们的不断努力，人们得出了化学平衡的本质，即在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
化学平衡在生活中的应用
化学平衡作为化学科学中的一个非常重要的规律，在生活和生产的方方面面有着很多的应用。
酒精测定仪中的化学平衡
在公路上，常能见到交警拦下可疑车辆检查，请司机向一仪器中吹一口气，如果测定仪中橙红色的物质变为绿色，司机就要受到处罚，因为他饮酒后驾车，违反道路交通管理条例。
酒精仪中的橙红色物质是重铬酸钾，人饮酒后，血液中酒精含量增多，人呼出的气体中有乙醇的蒸汽，遇到测定仪中的重铬酸钾，便发生如下的反应： Cr2O7+ 3C2H5OH + 8H==2Cr＋3CH3CHO + 7H2O 橙红色的Cr2O7转化为绿色的Cr，便能测出人呼出的气体中有乙醇成分。 然而酒精测定仪中还要加入硫酸，一方面上述反应要在酸性溶液中进行，同时要防止Cr2O7转化为CrO4， 酒精测定仪的发明和广泛应用客观上增强了对酒后驾驶的查处力度，起到了制止违法行为的作用，让违法者被查出的几率大大增加，同时也让处罚更加有据可依。 洗涤剂的有效利用
我们知道，油性污垢中的油脂成分因不溶于水而很难洗去。油脂的化学组成是高级脂肪酸的甘油酯，如果能水解成高级脂肪酸和甘油，那就很容易洗去。 油脂水解的方程式是：(RCOO)3C3H5 + 3H2O==3RCOOH + C3H5(OH)3
这是一个可逆反应，日常生活中以洗衣粉(或纯碱)作洗涤剂，其水溶液呈碱性，能与高级脂肪酸作用，使化学平衡向正反应方向移动。高级脂肪酸转化为钠盐，在水中溶解度增大，因此油污容易被水洗去。在日常生活中，洗衣粉等洗涤剂易溶于温水(特别是加酶洗衣粉)是由于温度升高，洗衣粉溶解度增大，即：浓度较大。温水有利于酶催化蛋白质等高分子化合物水解，同时蛋白质的水解、油脂的水解都是吸热反应，适当提高水温，会使洗涤效果更佳，但也应该注意，一味追求高水温会降低酶的催化能力，使其失去活性，从而降低洗涤效果。 自来水消毒
近年来，某些自来水厂在用液氯消毒自来水时，还加入少量液氨，要明确液氯作自来水消毒剂的原理：氯气与水发生反应生成盐酸和次氯酸，其中次氯酸有强氧化性，能杀灭水中细菌，其化学方程式为：Cl2＋H2O = HCl ＋HClO。 但是，次氯酸不稳定，受热或见光发生分解：2HClO = 2HCl + O2↑，使得消毒时间缩短，从而降低消毒的效果。 当向氯水中加入液氨时，液氨与氯水中的次氯酸有如下反应： NH3＋HClO==H2O＋NH2Cl，而NH2Cl较HClO稳定。 体系中的次氯酸同时满足两个平衡，其消毒杀菌后，由于浓度逐渐减小，使平衡向生成次氯酸的方向进行，当次氯酸浓度较高时，平衡向生成NH2Cl的方向移动，相当于暂时“贮存”，避免其分解所带来的损失。这样就延长了液氯的消毒时间。 人体血液中的酸碱平衡
人体血液的pH是一个稳定的数值，正常值是7.4±0.05。这一数值保证了在血液中进行的各种生化反应。人体新陈代谢产生的酸性物质和碱性物质进入血液，但血液的pH仍会保持稳定，这是因为血液中有两对电离平衡，一对是HCO3(碱性)和H2CO3(酸性)的平衡，另一对是HPO4(碱性)和H2PO4(酸性)的平衡。下面以HCO3和H2CO3的电离为例说明血液pH稳定的原因。 人体血液中H2CO3和HCO3物质的量之比为1∶20，维持血液的pH为7.4。当酸性物质进入血液时，电离平衡向生成碳酸的方向进行，过多的碳酸由肺部加重呼吸排出二
-2-2---2－
2-2－
3+2－+3+氧化碳，减少的HCO3由肾脏调节补充，使血液中HCO3与H2CO3仍维持正常的比值，使pH保持稳定。当有碱性物质进入人体血液，跟H2CO3作用，上述平衡向逆反应方向移动，过多的HCO3由肾脏吸收，同时肺部呼吸变浅，减少二氧化碳的排出，血液的pH仍保持稳定。 然而，当发生肾功能障碍、肺功能衰退或腹泻、高烧等疾病时，血液中的HCO3和H2CO3比例失调，就会造成酸中毒或碱中毒。临床指标：血液pH＞7.35，为碱中毒；血液pH＜7.35，为酸中毒。
大气臭氧层中的化学平衡
地球表面有大气层覆盖，离地面12 km以上的高空有一臭氧层，但它是地球生命的保护屏障。 我们知道，太阳辐射对生命危害极大的是紫外线。当太阳辐射通过臭氧层时，被吸收了约90％的紫外线，或者说把这些紫外辐射的能量转变为热量，使地面生命免受伤害。这其中的奥妙就在于臭氧层里存在着以下动态平衡的缘故： O2 + O==O3
现在来分析臭氧层中这一平衡是怎样建立的，又怎样把紫外辐射能转变为热能。首先，太阳辐射把高空的氧分子分裂为2个氧原子，性质异常活泼的氧原子跟氧分子结合成为臭氧。 然后，在紫外线作用下，臭氧转化为氧气，并放出热量。这一反应被看作臭氧能吸收紫外线，即从能量角度看，相当于把紫外辐射能转变为热能。 臭氧分解生成的氧气，又会被太阳辐射作用生成氧原子，氧原子又会和氧分子结合成为臭氧，臭氧又吸收紫外线分解成为氧气„„ 所以在臭氧层中，O
3、O2和O处于动态平衡，构成了地球生命免受紫外线杀伤的天然屏障。
我们看到，化学平衡存在于世界、生活的方方面面，有化学平衡的存在，才使生命的存在成为可能。对化学平衡的学习和研究是有其深刻的意义所在的。
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