當可逆化学反应达到平衡时,每个产物浓度(或压强)系数次幂的连乘积与每个反应物浓度(或压强)系数次幂的连乘积成正比,这个比值叫做化学平衡常数,简称平衡常数,记作K 。平衡时反应进行得越完全,平衡常数就越大。依据勒夏特列原理,平衡常數只受温度影响。
平衡常數的種類
以反應\ a\mathrm{A} + b\mathrm{B} \leftrightarrow c\mathrm{C} + d\mathrm{D}为例:
濃度平衡常數
濃度平衡常數,代號K_\mathrm{c} 。
適用於氣相或是液相的平衡,以體積莫耳濃度([M])表示各成分的濃度:
K_\mathrm{c} = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}
壓強平衡常數
壓強平衡常數,代號K_\mathrm{p}
僅適用於氣相平衡,以分壓表示各成分的濃度:
K_\mathrm{p} = \frac{P_C^cP_E^e}{P_A^aP_B^b}
濃度平衡常數和壓強平衡常數的關係
K_\mathrm{p} = K_\mathrm{c} (RT)^{\Delta n}
其中\Delta n = (c+d) - (a+b)
證明過程
根據理想氣體反應方程式pV = nRT
同除以體積p = \frac{n}{V} RT = C_MRT
其中C_M=\frac{n}{V}為體積莫耳濃度,所以p(\mathrm{A}) = C_M(\mathrm{A})RT...
代入K_\mathrm{p}即可得到此式
單位
- K_\mathrm{c} :\mathrm{mol}^{\Delta n},常常省略不寫。
- K_\mathrm{p} :\mathrm{atm}^{\Delta n}或是\mathrm{mmHg}^{\Delta n}或是\mathrm{Pa}^{\Delta n},常常省略不寫。
意義
平衡常數大,表示達到平衡時,大部分的反應物轉成生成物,生成物产率高,反应物转化率也高,反之亦然。
平衡常數只和溫度、溶劑種類、本性有關,而与反应速率、体系压强等无关。反应速率受速率常数影响,当正逆反应速率相等时,反应达到平衡,此时速率常数之比恰为平衡常数。
是否達到平衡,可以与反应商(Q,分为浓度商和压强商)來比較
- Q>K 生成物濃度太高,未達到平衡,反應將向左移動,直到 Q=K,才達平衡。
- Q 反應物濃度太高,未達到平衡,反應將向右移動,直到 Q=K,才達平衡。
- Q=K 反應已達到平衡狀態。
寫法
通常,固体和纯液体不计入平衡常数。
例如:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
因為碳酸鈣和氧化鈣都是固體,其濃度正比於其密度,在化學平衡的定溫情況下為定值,不會影響平衡狀態與平衡常數,所以
K_\mathrm{c} = [CO_2]
又如:
Zn(s) + 2Ag+ (aq) Zn^2+ (aq) + 2Ag(s)
K_\mathrm{c} = \frac{[\mathrm{Zn}^{2+}]}{[\mathrm{Ag}^+]^2}
I2(s) I_{2}(CCl_4)
K_\mathrm{c} = \mathrm{ I_{2} }
C(s) + CO2(g) 2CO(g)
K_\mathrm{c} = \frac{[CO]^2}{[CO_2]}
评论 (0)