标准平衡常数 Kθ 的计算方法主要分为两种:通过实验数据和通过热力学数据。以下是详细步骤:
方法一:通过实验数据计算
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写出配平的化学反应方程式
确保各物质的相态(气态、液态、固态、溶液等)标注清楚,纯固体或纯液体不参与计算。
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确定平衡时的浓度或分压
实验测定各物质的平衡浓度(单位:mol/L)或气体分压(单位:bar)。
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将浓度或分压标准化
浓度除以标准浓度 cθ=1mol/L,分压除以标准压力 pθ=1bar。例如,浓度为 0.5mol/L 时,标准化后为 0.5;分压为 2bar 时,标准化后为 2。
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代入平衡表达式
对于反应 aA+bB⇌cC+dD,公式为:
Kθ=(cθ[A])a(pθ[B])b(cθ[C])c(pθ[D])d
注意:气体用分压,溶液用浓度,纯固体或液体不写入表达式。
方法二:通过热力学数据计算
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计算反应的标准吉布斯自由能变 ΔGθ
利用标准生成吉布斯自由能(ΔGfθ):
ΔGθ=∑ΔGfθ(产物)−∑ΔGfθ(反应物)
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关联 ΔGθ 与 Kθ
使用公式:
ΔGθ=−RTlnKθ
变形得:
Kθ=e−ΔGθ/(RT)
其中:
- R=8.314J/(mol\cdotpK),
- T 为开尔文温度,
- ΔGθ 需转换为焦耳(1 kJ = 1000 J)。
示例
实验数据法
反应:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)
平衡分压:p(N2)=0.5bar,p(H2)=0.3bar,p(NH3)=0.2bar
计算:
[
K^\theta = \frac{\left