标准平衡常数k计算

标准平衡常数 KK 的计算步骤如下:

1. 写出配平的反应方程式

确定反应物和生成物的相态(气态、液态、固态或水溶液中的离子)。

示例反应‌:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)

2. 写出平衡常数表达式

  • 对于气相反应,用分压表示(KpK_p);对于溶液中的反应,用浓度表示(KcK_c)。
  • 纯固体或液体的活度为1,不写入表达式。

示例表达式‌:

Kp=PNH32PN2PH23K_p = \frac{P_{\text{NH}_3}^2}{P_{\text{N}_2} \cdot P_{\text{H}_2}^3}

3. 建立ICE表格(初始、变化、平衡)

根据初始浓度/分压和变化量计算平衡时的值。

示例‌:
初始:[NO]=0.050 M,[O2]=0.030 M,[NO2]=0 M[\text{NO}] = 0.050\ \text{M}, [\text{O}_2] = 0.030\ \text{M}, [\text{NO}_2] = 0\ \text{M}
平衡时 [NO2]=0.020 M[\text{NO}_2] = 0.020\ \text{M},则变化量 x=0.020 Mx = 0.020\ \text{M}
平衡浓度:

[NO]=0.0500.020=0.030 M,[O2]=0.0300.010=0.020 M[\text{NO}] = 0.050 - 0.020 = 0.030\ \text{M}, \quad [\text{O}_2] = 0.030 - 0.010 = 0.020\ \text{M}

4. 代入平衡常数表达式计算

示例计算‌:

Kc=[NO2]2[NO]2[O2]=(0.020)2(0.030)20.020=0.00040.00001822.22K_c = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{NO}]^2 [\text{O}_2]} = \frac{(0.020)^2}{(0.030)^2 \cdot 0.020} = \frac{0.0004}{0.000018} \approx 22.22

5. 使用热力学数据计算

通过标准吉布斯自由能变 ΔG\Delta G^\circ 计算:

ΔG=RTlnKK=eΔG/(RT)\Delta G^\circ = -RT \ln K \quad \Rightarrow \quad K = e^{-\Delta G^\circ / (RT)}

示例‌:若 ΔG=30000 J/mol\Delta G^\circ = -30000\ \text{J/mol}T=298 KT = 298\ \text{K},则:

lnK=300008.31429812.11Ke12.111.76×105\ln K = \frac{30000}{8.314 \cdot 298} \approx 12.11 \quad \Rightarrow \quad K \approx e^{12.11} \approx 1.76 \times 10^5

6. 注意事项

  • 反应式形式‌:平衡常数与反应式的书写方式有关(如系数加倍,KK 平方)。
  • 近似处理‌:当变化量 xx 很小时,可简化计算,但需验证近似是否合理。
  • 单位统一‌:确保 ΔG\Delta G^\circRR 的单位一致(如 J/(mol·K))。

最终答案示例

对于反应 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)2\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NO}_2(g)

Kc22.2\boxed{K_c \approx 22.2}

通过以上步骤,结合具体反应的数据,即可准确计算出标准平衡常数 KK

提示:本内容不能代替面诊,如有不适请尽快就医。
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