关于化学平衡及平衡移动的几个简单实验

一个化学反应达到平衡时，其体系中既有反应物，又有生成物，它们的浓度之间维系着一定的关系。改变作用于平衡体系的某个因素，平衡将有相应的移动。如果反应物或(和)生成物为有色物或是沉淀物，就能根据颜色的改变、沉淀量的多寡，“观察”到平衡的移动。

  1. 甲基橙在酸液中呈红色，在碱液中呈黄色，其过渡色为橙色

实验 1 取 6 支试管分别注入 0.1mol/l HAc 溶液 5ml 和 2 滴甲基橙。然后往 2—6 号试管中依次加入 0.2mol/lNaAc 溶液 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5ml 并混匀，1 号试管留作比较。可观察到由 1—6 号试管中溶液的颜色由红色， 经由橙色(过渡色)而黄色。橙色表明溶液中既有红色型体也有黄色型体。颜色系列变化是平衡及其移动的表现。进而言之，可以想象在红色或黄色溶液中也应该有黄色或红色型体存在。

  1. 橘红色 Cr2O2- 和黄色 CrO2- 通过 H+联系而达平衡

关于化学平衡及平衡移动的几个简单实验 - 图12CrO2- ＋2H+ Cr O2- ＋H O

实验 2 取 6 支试管各加入 3ml 0.1mol/l K2CrO4 溶液，接着往 2—6 号试管中依次滴加 2、4、8、12、16 滴 lmol/lH2SO4 并混匀，1 号试管留作比较。可观察到 1—6 号试管内溶液由黄色向橘红色过渡。由过渡色可“觉察”到溶液中兼有 CrO2- 和 Cr O2- 两种型体。同时，也很容易想象，在黄色(或橘红色)液中必含有少量 Cr2O2- (或 CrO2- )型体的存在。此外，有一个简单实验

可确证 K2Cr2O7 液中含有少量 CrO2- 型体。

实验 3 把 Ba(NO3)2、Pb(NO3)2 液分别加入 K2CrO4 液得黄色 BaCrO4、PbCrO4 沉淀。若往 K2Cr2O7 液中滴加 Ba(NO3)2、Pb(NO3)2 液也能得到两种黄色沉淀 BaCrO4(Kap～10-10)、PbCrO4(Kap～10-13)。这后两个实验就是 K2Cr2O7 液中含有 CrO2- 的明证。生成黄色沉淀后，平衡发生移动，再加 Ba2+、Pb2+又

生成黄色沉淀，平衡再移动⋯⋯证实这个平衡移动的另一个实验事实是：产生沉淀的同时，溶液的 pH 相应减小(可用 pH 试纸测试)。显而易见，由于在Cr2O2- 液中 CrO2- 含量不会很多，浓度不大，因此只能满足较难溶的铬酸盐沉淀要求，而不能满足溶解度不很小的铬酸盐沉淀(如 SrCrO4，Ksp～10-5)的要求。

实验 4 若把浓 HNO3 滴加到 K2CrO4 液中时，溶液由黄色变成橘红色

(Cr2O2- )，接着向更深的橘红色方向转化。这后一种颜色的改变，表明必发生了一个新的反应，即生成 Cr3O2- 、Cr O2- (叫三铬酸根、四铬酸根)⋯⋯ 之故

Cr2O2-7＋CrO2-4＋2H+→Cr3O2-10＋H2O

显然，此时溶液中 CrO2-4 的含量就更低了，即使加 Ba(NO3)、Pb(NO3)2 也得不到沉淀了。也可以把后一个实验理解为：BaCrO4、PbCrO4 黄色沉淀均能溶解于较浓(≥3mol/l)HNO3。

以上是以有颜色型体为例来说明平衡移动。化学平衡及其移动是一个普遍规律，其型体是否有特征颜色并不重要。为此，再举几个实例。

实验 5 把 BaCl2 溶液滴入 H2C2O4 溶液(0.1mol/l)中可得白色 BaC2O4 沉

淀；把 CuSO4 溶液加到饱和 H2S 溶液(～0.1mol/l)即得黑色 CuS 沉淀。这两个实验现象似乎均表明原先溶液中就有 C2O2- 、S2-，否则怎能生成沉淀，尤其是后者的实验现象是立即生成沉淀呢？

由计算可知：0.1mol/l 的 H2C2O4 液和 H2S 液中的 C2O2- 、S2-浓度分别为：

(略小于)10-5 和～10-13mol/l。因此，H2C2O4 液遇 Ba(NO3)2 液即可生成白色BaC2O4(Ksp～10-7)，即理论估算和实验事实相符。在讨论生成 CuS 沉淀时就出现了新问题。在滴加 CuSO4 前，H2S 液中 S2-浓度仅为 10-13mol/l，就算是加入 CuSO4 时立即产生沉淀反应，也只有极微量 CuS(Ksp～10-36)生成。然而实验现象是：当把 CuSO4 滴入饱和 H2S 液时立即有明显量 CuS 生成。原溶液中 S2-量是如此之少，而生成 CuS 沉淀的速度如此之快且沉淀量明显。这个貌似矛盾的问题可能从两个方面来讨论。

  • H2S 和 HS-的电离速度极快(已有实验证实)，因此当原有极少量 S2-被

沉淀后，H2S、HS-又极快地电离生成 S2-补充、消耗、再补充⋯⋯均在瞬间完成。

●生成沉淀的反应过程可能是

Cu2+＋H2S→CuS＋2H+ Cu2+＋2HS-→CuS＋H2S

也可能两者兼而有之。

生成 CuS、BaC2O4 沉淀的过程，溶液 pH 相应减小，因此溶液中 S2-、C2O2-4 浓度逐渐降低。若沉淀的溶解度足够小，则 pH 的减小不足以抑制沉淀反应继续进行(如 CuS)，否则沉淀反应将是不完全的(如 BaC2O4)，或者说后者“易” 溶于酸，而前者“不溶”。