當可逆化學反應達到平衡時,每個產物濃度(或壓強)係數次冪的連乘積與每個反應物濃度(或壓強)係數次冪的連乘積成正比,這個比值叫做化學平衡常數,簡稱平衡常數,記作
。平衡時反應進行得越完全,平衡常數就越大。依據勒沙特列原理,平衡常數只受溫度影響。
平衡常數的種類[編輯]
以反應
為例:
濃度平衡常數[編輯]
濃度平衡常數,代號
。
適用於氣相或是液相的平衡,以體積摩爾濃度(
)表示各成分的濃度:
![{\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[C]^{c}[D]^{d}}{[A]^{a}[B]^{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b998033cc660e6a1c99e9fce00eceff8b3c0b659)
壓強平衡常數[編輯]
壓強平衡常數,代號
僅適用於氣相平衡,以分壓表示各成分的濃度:
![{\displaystyle K_{\mathrm {p} }={\frac {P_{C}^{c}P_{D}^{d}}{P_{A}^{a}P_{B}^{b}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0e5605db96a6c4c1835ed883ee3301706484f9d8)
濃度平衡常數和壓強平衡常數的關係[編輯]
![{\displaystyle K_{\mathrm {p} }=K_{\mathrm {c} }(RT)^{\Delta n}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fbab18a8d7e07b34d0a1137aaac431c23d8b6957)
其中
證明過程[編輯]
根據理想氣體反應方程式
![{\displaystyle pV=nRT}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/57c364f7f0b47178cfd35c3bbaf6dcb22a98cf44)
同除以體積
![{\displaystyle p={\frac {n}{V}}RT=C_{M}RT}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bc4db6ba07167bf083c61dba17c65e06b907d304)
其中
為體積摩爾濃度,所以
![{\displaystyle p(\mathrm {A} )=C_{M}(\mathrm {A} )RT}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1bb90cf38c2e36d866072e32904656a2bccb88bf)
...
代入
即可得到此式
:
,常常省略不寫。
:
或是
或是
,常常省略不寫。
平衡常數大,表示達到平衡時,大部分的反應物轉成生成物,生成物產率高,反應物轉化率也高,反之亦然。
平衡常數只和溫度、溶劑種類、本性有關,而與反應速率、體系壓強等無關。反應速率受速率常數影響,當正逆反應速率相等時,反應達到平衡,此時速率常數之比恰為平衡常數。
是否達到平衡,可以與反應商(Q,分為濃度商和壓強商)來比較
生成物濃度太高,未達到平衡,反應將向左移動,直到
,才達平衡。
反應物濃度太高,未達到平衡,反應將向右移動,直到
,才達平衡。
反應已達到平衡狀態。
通常,固體和純液體不計入平衡常數。
例如:
![{\displaystyle {\ce {CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/42af4d8c215453f64cb37d69384d7d3279cc13de)
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
![{\displaystyle K_{\mathrm {c} }=[CO_{2}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/48431734bb70bbc2379f0217a86269d115eb37f9)
又如:
![{\displaystyle {\ce {Zn(s) + 2Ag+ (aq) <=> Zn^2+ (aq) + 2Ag(s)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1eb76ea4c381d8384d5353d3b73478287f170adc)
![{\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[\mathrm {Zn} ^{2+}]}{[\mathrm {Ag} ^{+}]^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d87f56a901a58fd9934a453e8739d6763f4e8e38)
![{\displaystyle {\ce {I2(s) <=> I_{2}(CCl_4)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2bfca3633523f12f93180f4614e15846f92165f1)
![{\displaystyle K_{\mathrm {c} }=\mathrm {[I_{2}](CCl_{4})} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8779df8af227c69c3777572d98aa04a135cd9dd4)
![{\displaystyle {\ce {C(s) + CO2(g) <=> 2CO(g)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d1a8a9e5718e8ca289df4a80d545231664ec948)
![{\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[CO]^{2}}{[CO_{2}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e17d7aad4606226069cdf409c430be5f02c5aa09)