离子平衡常数($K_{sp}$)是描述难溶电解质或弱电解质电离平衡的常数,其计算公式根据反应类型有所不同。以下是主要计算方法和注意事项:
一、离子积常数($K_{sp}$)的计算公式
对于难溶电解质$A_mB_n$($A^+$和$B^-$为离子形式),其离子积常数表达式为: $$K_{sp} = [A^+][B^-]$$
其中:
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$[A^+]$和$[B^-]$分别为离子$A^+$和$B^-$的平衡浓度;
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该公式仅适用于纯液体或纯固体的反应,因为其浓度视为常数1。
示例 :计算$AgCl$的$K_{sp}$
已知$AgCl(s) \leftrightarrow Ag^+ + Cl^-$,则$K_{sp} = [Ag^+][Cl^-] = 1.8 \times 10^{-10}$。
二、一般化学平衡常数的计算方法
根据反应物和生成物的状态(气体、液体、固体),平衡常数表达式有所调整:
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气体反应
对于反应: $$aA(g) + bB(g) \leftrightarrow cC(g) + dD(g)$$
平衡常数表达式为: $$K = \frac{[C]^c \cdot ^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$$
其中各物质浓度用分压表示。
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溶液反应
对于反应: $$aA + bB \leftrightarrow cC + dD$$
若反应在溶液中完全电离,平衡常数表达式为: $$K = \frac{[C]^c \cdot ^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$$
若涉及弱电解质电离,则需用离子浓度表示。
三、注意事项
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浓度表示 :
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气体反应使用分压,溶液反应使用离子浓度;
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纯液体/固体视为浓度为1,不写入表达式。
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应用范围 :
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离子积常数仅适用于纯液体或纯固体的电离平衡;
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普通化学平衡常数适用于所有可逆反应,但需注意反应物和生成物的状态。
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反应趋势 :
- 平衡常数越大,反应向生成物方向进行越完全。
四、示例补充
计算硫酸氢钠($NaHSO_4$)的电离平衡常数: $$NaHSO_4 \leftrightarrow Na^+ + H^+ + SO_4^{2-}$$
在水中完全电离,$[Na^+] = [H^+] = [SO_4^{2-}]$,则:
$$K = \frac{[H^+][SO_4^{2-}]}{[Na^+]} = 1$$
(实际数值需结合浓度测量数据计算)。
通过以上方法,可根据具体反应类型选择合适的平衡常数计算公式,并注意浓度表示和适用范围。