平衡常数之间的换算主要涉及反应方程式系数调整和不同平衡常数表达式之间的转换。以下是关键规则和注意事项:
一、平衡常数与反应方程式系数的关系
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系数调整
若反应方程式两边同时乘以一个常数n,则平衡常数需乘以n的幂次方(即$K' = K^n$)。
- 例如:$H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$的$K_w = 1.0 \times 10^{-14}$,若反应变为$H_2O_2 \rightleftharpoons 2H^+ + 2OH^-$,则新平衡常数$K' = K_w \times 2^2 = 4.0 \times 10^{-14}$。
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浓度幂次调整
若反应方程式某物质浓度幂次改变(如$H_2SO_4 \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$与$H_2SO_4 \rightleftharpoons 2H^+ + SO_4^{2-}$),则平衡常数需调整幂次(如$K' = K / 2$)。
二、不同平衡常数表达式间的转换
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通用公式
对于反应$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$,平衡常数$K = \frac{[C]^c ^d}{[A]^a [B]^b}$。
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特殊类型转换
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溶度积常数($K_{sp}$) :如$BaCO_3(s) \rightleftharpoons Ba^{2+}(aq) + CO_3^{2-}(aq)$,$K_{sp} = [Ba^{2+]][CO_3^{2-}]$。若存在其他相关反应(如$H_2SO_4 + BaCO_3 \rightleftharpoons BaSO_4(s) + H_2O$),需结合$K_{sp}$与酸碱平衡常数$K_a$计算。
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分压平衡常数($K_p$) :用于气体反应,如$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$,$K_p = \frac{p(NH_3)^2}{p(N_2)p(H_2)^3}$。
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三、注意事项
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温度依赖性
平衡常数仅与温度有关,与浓度、压强等无关。
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反应方向的影响
若反应方向改变(如$A \rightleftharpoons B$与$B \rightleftharpoons A$),平衡常数互为倒数($K' = \frac{1}{K}$)。
四、示例
示例 :已知$H_2SO_4 \rightleftharpoons 2H^+ + SO_4^{2-}$的$K_a = 1.8 \times 10^{-7}$,求$H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$的$K_a$。
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关系式 :$H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$与$H_2SO_4 \rightleftharpoons 2H^+ + SO_4^{2-}$的$K_a$满足$K_a(H_3PO_4) = \frac{K_w}{K_a(H_2SO_4)}$。
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计算 :$K_a(H_3PO_4) = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{1.8 \times 10^{-7}} \approx 5.56 \times 10^{-8}$。
通过以上规则,可灵活进行平衡常数间的换算与计算。