平衡常数

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${\displaystyle \ a\mathrm {A} +b\mathrm {B} \leftrightarrow c\mathrm {C} +d\mathrm {D} }$ 为例：

濃度平衡常數

濃度平衡常數，代號${\displaystyle K_{\mathrm {c} }}$ 。

適用於氣相或是液相的平衡，以體積莫耳濃度（${\displaystyle \ c\mathrm {(M)} }$ ）表示各成分的濃度：

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {c^{c}(\mathrm {C} )c^{d}(\mathrm {D} )}{c^{a}(\mathrm {A} )c^{b}(\mathrm {B} )}}}$$

 

壓強平衡常數

壓強平衡常數，代號${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$ 

僅適用於氣相平衡，以分壓表示各成分的濃度：

$${\displaystyle K_{\mathrm {p} }={\frac {p^{c}\mathrm {(C)} p^{d}\mathrm {(D)} }{p^{a}\mathrm {(A)} p^{b}\mathrm {(B)} }}}$$

 

濃度平衡常數和壓強平衡常數的關係

$${\displaystyle K_{\mathrm {p} }=K_{\mathrm {c} }(RT)^{\Delta n}}$$

 

其中${\displaystyle \Delta n=(c+d)-(a+b)}$ 

證明過程

根據理想氣體反應方程式

$${\displaystyle pV=nRT}$$

 

同除以體積

$${\displaystyle p={\frac {n}{V}}RT}$$

 

其中${\displaystyle {\frac {n}{V}}}$ 為體積莫耳濃度，所以

$${\displaystyle p(\mathrm {A} )=c(\mathrm {A} )RT}$$

 

...

代入${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$ 即可得到此式

單位

• ${\displaystyle K_{\mathrm {c} }}$ ：${\displaystyle \mathrm {mol} ^{\Delta n}}$ ，單位常常省略不寫。
• ${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$ ：${\displaystyle \mathrm {atm} ^{\Delta n}}$ 或是${\displaystyle \mathrm {mmHg} ^{\Delta n}}$ 或是${\displaystyle \mathrm {Pa} ^{\Delta n}}$ 。

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

• ${\displaystyle Q>K}$ 　生成物濃度太高，未達到平衡，反應將向左移動，直到 ${\displaystyle Q=K}$ ，才達平衡。
• ${\displaystyle Q<K}$ 　反應物濃度太高，未達到平衡，反應將向右移動，直到 ${\displaystyle Q=K}$ ，才達平衡。
• ${\displaystyle Q=K}$ 　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：

$${\displaystyle {\ce {CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g)}}}$$

 

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

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }=c(\mathrm {CO_{2}} )}$$

 

$${\displaystyle K_{\mathrm {p} }=p(\mathrm {CO_{2}} )}$$

 

又如：

$${\displaystyle {\ce {Zn(s) + 2Ag+ (aq) <=> Zn^2+ (aq) + 2Ag(s)}}}$$

 

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[\mathrm {Zn} ^{2+}]}{[\mathrm {Ag} ^{+}]^{2}}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {I2(s) <=> I_{2}(CCl_4)}}}$$

 

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }=\mathrm {[I_{2}](CCl_{4})} }$$

 

$${\displaystyle {\ce {C(s) + CO2(g) <=> 2CO(g)}}}$$

 

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {c^{2}(\mathrm {CO} )}{c(\mathrm {CO} _{2})}}}$$

 

$${\displaystyle K_{\mathrm {p} }={\frac {p^{2}(\mathrm {CO} )}{p(\mathrm {CO} _{2})}}}$$