标准平衡常数($K_p$)与浓度平衡常数($K_c$)之间的转换公式如下: $$ K_p = \frac{K_c \cdot (RT)^{-\Delta G^\circ}}{P} $$
其中:
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$K_p$ 是压强平衡常数(以分压表示)
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$K_c$ 是浓度平衡常数(以浓度表示)
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$R$ 是理想气体常数(8.314 J/(mol·K))
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$T$ 是绝对温度(单位:K)
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$\Delta G^\circ$ 是标准摩尔反应吉布斯自由能变(单位:J/mol)
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$P$ 是反应体系的压强(单位:atm或kPa)
公式推导说明
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定义关系
根据热力学定义,平衡常数与反应的吉布斯自由能变相关: $$ \Delta G^\circ = -RT \ln K_c $$
对于压强平衡常数,使用分压表示: $$ \Delta G^\circ = -RT \ln K_p $$
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转换公式
通过上述两个等式,可以推导出: $$ \ln K_p = \ln K_c - \ln(RT) + \frac{\Delta G^\circ}{RT} $$
进一步整理得到: $$ K_p = K_c \cdot (RT)^{-\Delta G^\circ} $$
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分压与浓度的转换
若已知分压,需转换为浓度。根据理想气体状态方程: $$ P_i = \frac{c_i RT}{V} $$
代入公式后可得: $$ K_p = K_c \cdot \left( \frac{P}{P^\circ} \right)^{\Delta n} $$
其中 $P^\circ$ 是标准状态下的压强(如1 atm),$\Delta n$ 是气体分子数变化($\Delta n = c - c^\circ$)。
示例应用
以合成氨反应为例: $$ N_2(g) + 3H_2(g) \leftrightarrow 2NH_3(g) $$
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标准平衡常数 $K_p$ 可通过实验测定或查表获得;
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若已知某温度下 $K_c$,则可用上述公式转换为 $K_p$。
注意事项
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公式中的 $\Delta G^\circ$ 需使用标准状态下的摩尔自由能变;
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转换时需注意气体分子数变化对平衡常数的影响。
通过以上公式,可在已知两种平衡常数形式时进行相互转换,但需注意适用条件及物理量的单位统一。