气体平衡常数 $K_p$ 是描述化学平衡的重要参数,以下是其核心要点:
一、定义与表达式
对于气相反应: $$m A(g) + n B(g) \leftrightarrow c C(g) + d D(g)$$
平衡常数 $K_p$ 表示平衡时各气体分压幂之积与反应物分压幂之积的比值,表达式为: $$K_p = \frac{P_C^c \cdot P_D^d}{P_A^m \cdot P_B^n}$$
其中,$P_i$ 为各气体分压,$c$ 和 $d$ 为生成物和反应物的化学计量数,$m$ 和 $n$ 分别为反应物和生成物的总摩尔数。
二、单位与影响因素
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单位
$K_p$ 的单位与气体摩尔体积 $V_m$ 相同,常用 $mol^{-1} \cdot L$ 或 $atm$ 表示。
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温度依赖性
仅与温度有关,温度变化会导致 $K_p$ 改变。
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理想气体假设
仅适用于理想气体,实际气体在高压下需用逸度因子修正。
三、与标准平衡常数 $K_f$ 的关系
当反应物和生成物均为理想气体时,$K_f = K_p$;若存在非理想气体,需用逸度因子修正: $$K_f = \frac{\prod_{i} f_i^{n_i}}{K_p^n}$$
其中 $f_i$ 为逸度因子。
四、应用与计算技巧
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计算步骤
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通过“三段式”法计算各物质平衡时浓度或分压;
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代入平衡常数表达式计算 $K_p$。
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示例
对于反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \leftrightarrow 2NH_3(g)$,$K_p = \frac{P_{NH_3}^2}{P_{N_2} \cdot P_{H_2}^3}$。
五、注意事项
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低压时可近似认为 $K_p = K_f$,高压时需考虑逸度因子影响;
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实际应用中需注意气体是否为理想气体,避免计算偏差。
通过以上要点,可系统理解气体平衡常数 $K_p$ 的定义、计算及应用。