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📜  化学平衡定律和平衡常数

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:56:14.207000             🧑  作者: Mango

化学平衡定律和平衡常数

在化学过程中，化学平衡是指反应物和产物的浓度不随时间波动的状态。当正向和反向反应速率相等时，称化学反应处于化学平衡。该状态称为动态平衡，速率常数称为平衡常数，因为速率相等且反应物和产物的浓度没有净变化。让我们进一步研究一下。

考虑普遍的可逆反应： A + B ⇌ C + D 。

在开始时（即在时间 t = 0），A 和 B 的吸收是完全的，而 C 和 D 的吸收是最小的（等于零，因为最终没有形成 C 和 D）。随着反应的进行，A 和 B 的注意力会随着时间的推移而减少，而 C 和 D 的注意力会增加。因此，前进反应的速率正在减少，而后退反应的速率继续增加。

化学平衡定律

化学平衡定律是通过将质量作用定律应用于平衡中的可逆反应而获得的结果。例如，考虑一般的可逆反应，

A + B ⇌ C + D

在平衡时，假设 A、B、C 和 D 的活性质量分别表示为 [A]、[B]、[C] 和 [D]。应用群众行动法则，

A 和 B 一起反应的速率，即

正向反应速率 ∝ [A] [B] = k f [A] [B]

  • 其中 k f可以是比例常数，称为正向反应的速度常数。

类似地，C 和 D 一起反应的速率，即

逆向反应速率 ∝ [C] [D]= k b [C] [D]

  • 其中 k b表示反向反应的速度常数。

在平衡时，

正向反应速率 = 反向反应速率

因此，

k f [A][B] = k b [C][D] 或 ([C][D])/([A][B]) = k f /k b = K

在恒定温度下，由于 k f和 k b是恒定的，因此，k f / k b = K 在恒定温度下也是恒定的，称为平衡常数。

再次考虑更普遍的可逆反应。

产生式写在分子中，那些

aA + bB +…… ⇌ xX+yY + …

像以前一样应用群众行动定律，我们得到

[X] x [Y] y /[A] a [B] b = K 或 K c

  • 其中 K 是平衡常数。它在固定温度下是恒定的。

平衡常数

上述数学方程称为化学平衡定律。用文字表述，可概括如下——

通常使用 K. 来表示浓度升高的平衡常数。如果 K 在浓度方面不存在不信任，则 c 被忽略。

对于气相反应（即当反应物和产物为气态时），平衡常数可以用摩尔每升的浓度或反应物和产物的分压表示。如果用分压表示。但是，它用 K p表示，因此，如果 A、B、X 和 Y 是气态的，则它可以是-

平衡常数的特征

平衡常数的一些最重要的特征如下：

  • 单个反应的平衡常数的值始终是恒定的，仅取决于反应的温度，并且与我们开始的反应的浓度或从平衡的方向出现的方向有关。
  • 如果 Equilibrium 常数的值被反转 如果反应被切换。
  • 然而，替代方程的平衡常数是 K 的平方根（即 √K），如果方程除以 2。
  • 如果方程乘以 2，则新方程的平衡常数是 K 的平方（即 K 2 ）。
  • 如果方程分两步处理， K 1 × K 2 = K 。
  • 平衡常数的值不受催化剂扩展到反应的影响。

温度对平衡常数的影响

单个反应的平衡常数的数值是稳定的，只要它的温度被纪念是稳定的。众所周知，化学反应的速率随着温度的升高而增加。

尽管如此，这种速率增加的终止取决于反应的活化能。再者，由于正向和反向反应的活化能是不同的，因此呈现的温度升高将在不同程度上增加正向和反向反应的速率。不可区分的术语，前向和后向响应的速度常数值。即，k b并且会随着给定的温度上升或下降而改变。

此外，由于K = k f /k b因此，平衡常数（K）的值将发生变化，即平衡状态发生变化。因此，我们得出结论，单个反应随温度波动的平衡常数。此外，已经发现随着温度升高，吸热反应的平衡常数值增加（k f增加超过k b ）并且放热反应的平衡常数值减小（k b增加超过k f ）。对于反应热为零的反应，温度对 K 值没有影响。

影响平衡的因素

  • 任何产物或反应物浓度的变化
  • 系统温度变化
  • 改变系统压力
  • 添加催化剂
  • 添加惰性气体。

示例问题

问题 1：在 773 K 时，反应的平衡常数 K c N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇌ 2 NH 3 (g) 为 6.02 x 10 -2 L² mol – ²。计算相同温度下的K p值。

解决方案：

问题 2：对于平衡，2 NOCI (g) ⇌ 2 NO(g) + Cl₂ (g)，平衡常数 K c在 1069 K 时的值是 3.75 x 10 -6 。计算反应在这个温度。

解决方案：

问题 3：在 500 K 的平衡下，由 N 2和 H 2形成 NH 3的浓度如下： [N 2 ]=1.5× 10 -2 M，[H 2 ] = 3.0 x 10 -2 × M [NH 3 ] = 1.2 × 10 -2 M。

解决方案：

问题 4：对于平衡反应，正向和反向反应的速率常数分别为 2.38 x10 -4和 8.15 x 10 -5 。计算反应的平衡常数。

解决方案：

问题 5：K 值，对于反应，2 AB + C 为 2.0 × 10³ 在给定时间，反应混合物的组成为 [A] = [B] = [C] = 3 × 10.4 M 其中方向，反应会继续吗？

解决方案：

问题 6：在平衡状态下，CaCO 3 (s) ⇌ CaO (s) + CO₂ (g)，在 1073 K 时，发现 CO₂ 的压力为 2.5 x 10 Pa。这个反应在 1073 下的平衡常数是多少克？

解决方案：