温度对化学平衡常数(K)的影响是化学平衡理论中的重要内容,具体规律如下:
一、温度与平衡常数的关系
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吸热反应
若可逆反应为吸热反应($\Delta H > 0$),温度升高时,平衡向正反应方向移动。根据平衡常数的定义,正反应方向上生成物浓度增加,反应物浓度相对减少,导致平衡常数$K$增大。
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放热反应
若为放热反应($\Delta H < 0$),温度升高时,平衡向逆反应方向移动。此时生成物浓度相对减少,反应物浓度相对增加,平衡常数$K$减小。
二、数学表达与推导
平衡常数$K$与温度的关系可通过热力学公式表示: $$ \ln K = -\frac{\Delta H}{RT^2} $$
其中:
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$R$为气体常数;
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$T$为绝对温度(单位:K);
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$\Delta H$为标准摩尔反应焓。
对温度求导可得: $$ \frac{d \ln K}{dT} = -\frac{\Delta H}{R T^3} $$
由于$\Delta H$和$R$为常数,当$T$升高时,$\frac{d \ln K}{dT}$为负值,表明$\ln K$随温度升高而减小,即$K$减小。
三、应用与意义
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判断反应热效应
通过$K$随温度的变化趋势,可判断反应是吸热还是放热。若$K$随温度升高而增大,则反应吸热;若$K$减小,则反应放热。
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预测平衡移动方向
在恒温条件下,若改变温度,可通过比较$K_1$和$K_2$($T_1 \neq T_2$)判断平衡是否移动。例如,若$K_2 > K_1$,则温度升高时平衡向生成物方向移动。
四、注意事项
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平衡常数仅与温度有关,与反应物浓度、压强及催化剂无关。
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实际应用中,若温度变化范围较小,$K$可近似视为常数。
温度通过影响反应速率和平衡移动方向,间接影响平衡常数$K$,但$K$本身仅是温度的函数。