与温度相关
标准平衡常数($K$)是描述化学反应在标准状态下达到平衡时反应物与生成物浓度或分压比值的常数。其具体特性如下:
一、定义与表达式
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基本定义
在一定温度下,可逆反应达到平衡时,生成物浓度(或分压)的计量系数次幂乘积与反应物浓度(或分压)的计量系数次幂之比,即为标准平衡常数。
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数学表达式
对于反应: $$aA + bB \leftrightarrow cC + dD$$
标准平衡常数表达式为: $$K = \frac{[C]^c \cdot ^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$$
其中:
- $[A]、[B]、[C]、$ 分别为平衡时各物质的相对浓度(mol/L)或相对分压(atm)。
二、关键特性
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温度依赖性
标准平衡常数仅与温度有关,温度变化会导致$K$值显著变化。例如,对于放热反应,温度升高时$K$值减小;对于吸热反应,温度升高时$K$值增大。
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量纲与单位
$K$为无量纲的纯数值,常用对数形式表示以方便计算。
三、应用与意义
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反应趋势预测
通过比较$K$值可判断反应的进行方向。若$K > 1$,反应向生成物方向进行;若$K < 1$,反应向反应物方向进行。
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平衡常数与反应商的关系
- 平衡常数$K$是反应商$Q$在标准状态下的极限值,即$K = Q$(当反应达到平衡时)。
四、示例计算
假设有反应:
$$N_2(g) + 3H_2(g) \leftrightarrow 2NH_3(g)$$
在标准状态下,$K_{标准} = 700$。若某次实验中$[N_2] = 1atm$,$[H_2] = 3atm$,$[NH_3] = 2atm$,则:
$$Q = \frac{[NH_3]^2}{[N_2] \cdot [H_2]^3} = \frac{2^2}{1 \cdot 3^3} = \frac{4}{27} \approx 0.148$$
由于$Q < K_{标准}$,反应未达到平衡。
五、注意事项
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实际应用中$K$值通常在$10^{-10}$到$10^{10}$之间,具体取决于反应类型和温度。
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计算时需确保使用标准状态下的浓度或分压。
以上内容综合了热力学平衡常数的定义、表达式、特性及应用,涵盖化学平衡分析的核心要点。