平衡常数的应用

当化学过程达到平衡时，平衡常数（通常用符号 K 表示）提供有关产物和反应物之间关系的信息。例如，平衡时化学反应的浓度平衡常数（由 K _c表示）可以定义为产物浓度与反应物浓度的比值增加到它们各自的化学计量系数。重要的是要记住，有许多类型的平衡常数可以根据平衡反应的产物和反应物之间的不同单位给出关系。

什么是平衡常数？

化学反应的平衡常数可以描述为反应物的量与用于确定化学行为的产物的量之间的比率。速率常数在给定温度下是恒定的。正向反应速率常数与反向反应速率常数之比应该是恒定的，这称为平衡常数（K _equ ）。

平衡常数和吉布斯自由能

K 表示平衡时产物与反应物的比例数，而 Q 表示反应期间任何时间点的比例。反应的方向可以通过比较 Q 值与 K 来确定。过程的自发性与自由能变化有关。以下是 G（吉布斯自由能）、K（平衡常数）和 Q（反应商）之间的关系。

• △G<0且Qc˂Kc或Kp在反应开始时：反应将继续产生产物。
• △G = 0 且 Qc = Kc 或 Kp 处于平衡状态，组合浓度不会有额外的变化。
• 平衡后△G>0且Qc>Kc或Kp：反应将向反应物生成的方向进行。

K _c是以摩尔每升测量的平衡常数，而 K _p表示由分压确定的平衡常数。

平衡常数的特征

1. 它具有反应特异性并固定在稳定的温度下。
2. 催化剂以不影响平衡常数值的方式改变正向和反向反应的速率。
3. 浓度、压力、温度和惰性气体的变化都会对平衡产生影响，有利于正向或反向反应，但不利于平衡常数。
4. G0 = -RT ln K _equ与标准自由能有关。
5. 对于相同的可逆反应，K _equ在不同温度下具有不同的值。
6. 反向平衡的平衡常数是原平衡的倒数，即K _rev = 1/K _equ 。
7. 当平衡反应的化学计量发生变化时，平衡常数的功率也会发生相同的变化。
8. 在导致最终产品的逐步多重平衡的情况下，净平衡常数 = 每个逐步平衡常数的乘积。结果，净平衡常数 K = K ₁ * K ₂ * K ₃ 。
9. 平衡反应同时发生并产生相同的产物。反应的平衡常数保持不变。由于普通产品的浓度较大，产品浓度会降低。

平衡常数的应用

预测反应程度的平衡常数

平衡常数 (Kc) 可用于预测反应的程度，即反应物消失的程度。平衡常数的值表示反应物和产物的相对量。

• 平衡常数的值越高（>103），越倾向于正向反应，表明产物的浓度明显高于平衡时反应物的浓度。这表明在平衡时，产物的浓度非常高，表明反应接近完成。举个例子：

H ₂ (g) + Br ₂ (g)⇌ 2HBr(g) ⇒ K _c = 5.4×10 ¹⁸

• 平衡常数的中间值（10 ^-3到10 ³ ）表明反应物和产物的浓度是相等的。举个例子：

Fe ₃ (aq) + SCN (aq) ⇌ [Fe(SCN)] ₂ (aq) ⇒ K _c = 138 at 298 K

• 平衡常数的低值（<10 ^-3 ）表明逆向反应是有利的，这意味着反应物的浓度显着大于产物的浓度，这意味着反应在正向方向上进行到非常小的程度。举个例子：

N ₂ (g) + O ₂ (g) ⇌ 2NO (g) ⇒ K _c =4.8 × 10 ^-31 at 298K

预测反应方向的平衡常数

平衡常数可用于预测反应的方向。我们需要一个称为反应商的术语（Q _c表示浓度或 Q _p表示分压），除了条件不平衡外，它与平衡常数相同。 aA + bB ⇌ cC + dD 用于平衡回复 与 K _c相比，在反应方向方面：

• 如果 Q = K _c ，则反应处于平衡状态。 [其中 K _c是平衡常数]
• 如果 Q > K _c ，Q 将趋于下降，直到等于 K。结果，反应将自行逆转。
• 如果 Q< K _c ，Q 将趋于增加，直到等于 K。结果，反应将继续进行。

其他应用

1. 只有当反应物和产物的浓度达到平衡时的恒定值时，平衡常数的表达式才有效。
2. 它的值与原始反应物和产物浓度无关。
3. 它受温度影响。它显示特定温度下平衡方程的独一无二的值。
4. 它等于逆反应的正反应平衡常数的倒数。
5. 一个反应的平衡常数 K 与相应反应的平衡常数有关，其方程是通过将原始反应的方程乘以或除以一个小整数而生成的。
6. 它用于根据反应的幅度预测反应的大小。
7. 它用于预测反应的方向。
8. 它用于计算平衡浓度。

示例问题

问题 1：写出平衡常数 (Kc) 所依赖的两个因素。

回答：

The equilibrium constant is affected by the following factors:

1. The temperature at which the reaction occurs.
2. The amount of reactants present.
3. The nature of the reactants refers to whether the reactants are acids, bases, or other chemical substances.

问题2：当达到平衡时，正向和反向反应速率会发生什么变化？

回答：

When equilibrium is established, the forward reaction rate equals the backward reaction rate.

问题3：在催化剂存在的情况下，平衡反应会向哪个方向移动？

回答：

A catalyst favours the pace of both forward and backward reactions equally. As a result, the existence of a catalyst has no influence on the balance.

问题 4：“动态平衡”一词对化学平衡有何意义？

回答：

An equilibrium stage is defined as the point at which the forward response rate equals the backward reaction rate. At this moment, the number of reactant molecules changing to products and product molecules converting to reactants is the same. Chemical equilibrium is dynamic because it can be attained with the same reactants in identical conditions anywhere with ongoing molecule exchange.