标准平衡常数(Kθ)是描述化学反应平衡状态的热力学参数,其表达式根据反应物质的存在状态(气态、液态、溶质等)具有统一形式,同时需注意标准态的参考意义。以下是核心要点和表达式的分项说明:
一、标准平衡常数的通用表达式
对于可逆反应:
mA(g)+nB(aq)⇌pC(l)+qD(s)
标准平衡常数的表达式为:
Kθ=(PθPA)m⋅(cθ[B])n(PθPC)p⋅(cθ[D])q
其中:
- 气体用相对分压(Pi/Pθ),Pθ为标准压力(通常取100 kPa);
- 溶质用相对浓度([i]/cθ),cθ为标准浓度(通常取1 mol/L);
- 纯固体/液体的浓度视为常数(c=1),不列入表达式。
二、表达式的关键注意事项
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无量纲性:
因所有项均为相对值(如Pi/Pθ),Kθ为纯数,无单位。
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与反应方程式的对应性:
- 反应式系数扩大n倍,Kθ变为原值的n次方;
- 逆反应的Kθ为原反应的倒数(例如:若正反应Kθ=10,逆反应Kθ=0.1)。
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多重平衡规则:
若总反应由多个分步反应相加得到,总反应的Kθ为各分步Kθ的乘积。例如:
K总θ=K1θ⋅K2θ
。
三、常见反应类型的表达式示例
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气态反应(如2NO2(g)⇌N2O4(g)):
Kθ=(PθPNO2)2(PθPN2O4)
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溶液反应(如CH3COOH(aq)⇌CH3COO−(aq)+H+(aq)):
Kθ=cθ[CH3COOH](cθ[CH3COO−])⋅(cθ[H+])
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固-气共存反应(如CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)):
Kθ=PθPCO2(纯固体CaCO3和CaO不列入表达式)。
四、应用场景与意义
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判断反应方向:
通过比较反应商Q与Kθ:
- 若Q<Kθ,反应正向进行;
- 若Q=Kθ,系统处于平衡。
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计算平衡组成:
结合初始浓度和转化率,利用三段式(起始-变化-平衡)建立方程求解。
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温度依赖性:
Kθ仅受温度影响,与浓度、压力无关。吸热反应的Kθ随温度升高而增大。
五、与其他平衡常数的区别
- 经验平衡常数(Kc,Kp):含单位,未标准化;
- 标准平衡常数(Kθ):无量纲,基于热力学标准态。
通过上述表达式和规则,可定量分析化学平衡问题,例如预测反应限度或优化工业条件(如调节压力提高产率)。