反应物与产物浓度或分压比
化学平衡常数($K_{\theta}$)是描述化学反应在标准状态下达到平衡时反应物与产物浓度或分压比值的物理量。以下是关于它的综合说明:
一、定义与意义
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平衡状态的定量描述
$K_{\theta}$用于定量表示反应物转化为产物的程度,值越大表示反应向产物方向进行得越完全。
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温度的函数
仅与温度有关,与初始浓度或分压无关。温度变化会改变平衡常数的大小。
二、计算公式
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浓度表达式
$$K_{\theta} = \frac{[C]^c ^d}{[A]^a [B]^b}$$其中,$[A]、[B]、[C]、$分别为反应物和产物的浓度,$a、b、c、d$为化学方程式中的化学计量系数。
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分压表达式
对于气体反应:
$$K_{\theta} = \frac{P(G) \cdot P(H)}{P(A) \cdot P(B)}$$其中$P(G)、P(H)、P(A)、P(B)$为气体反应物和产物的分压。
三、应用与注意事项
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判断平衡状态
当反应商$Q$($Q = \frac{[C]^c ^d}{[A]^a [B]^b}$)等于$K_{\theta}$时,反应达到平衡。
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参考态要求
若各物质均以标准态(如$1\ \text{mol/L}$溶液或$1\ \text{atm}$分压)为参考态,则计算得到的$K_{\theta}$为标准平衡常数。
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单位与维度
$K_{\theta}$为无量纲常数,单位取决于反应物和产物的物理量(如浓度无单位,分压以$\text{atm}$为单位)。
四、示例
对于反应: $$\text{N}_2(g) + 3\ \text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\ \text{NH}_3(g)$$
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浓度表达式 :
$$K_{\theta} = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}$$ -
分压表达式 :
$$K_{\theta} = \frac{P(\text{NH}_3)^2}{P(\text{N}_2) \cdot P(\text{H}_2)^3}$$
通过$K_{\theta}$,可预测反应的可行性及平衡位置,是化学工程、环境科学等领域的重要工具。