[C]ᵦᵦ/[A]ᵐ[B]ᵐ
标准平衡常数($K^\circ$)是化学平衡中一个重要的参数,用于量化反应物与产物在平衡状态下的浓度关系。以下是关于标准平衡常数的综合说明:
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,产物浓度(或分压)的计量系数次方乘积与反应物浓度(或分压)的计量系数次方乘积之比,即为标准平衡常数。
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通用公式
$$K^\circ = \frac{[C]_c _d}{[A]_a [B]_b}$$其中,$[C]_c, _d$ 为产物的平衡浓度,$[A]_a, [B]_b$ 为反应物的平衡浓度,指数 $c, d, a, b$ 与各物质在化学方程式中的计量系数一致。
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标准态条件
若各物质均以标准态(如1M浓度或1atm分压)为参考态,则计算得到的平衡常数即为标准平衡常数。
二、计算方法
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基于反应热计算
通过计算反应的标准摩尔生成自由能变 $\Delta G^\circ_m$:
$$\Delta G^\circ_m = \sum fG^\circ_m(\text{产物}) - \sum fG^\circ_m(\text{反应物})$$然后利用公式:
$$K^\circ = \exp\left(-\frac{\Delta G^\circ_m}{RT}\right)$$其中 $R$ 为气体常数,$T$ 为绝对温度(单位:K)。
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温度转换公式
若已知常温下平衡常数 $K$,需计算另一温度下的标准平衡常数: $$\ln K = \frac{\Delta H^\circ}{R} \left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)$$
其中 $\Delta H^\circ$ 为标准摩尔反应焓变。
三、应用与注意事项
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浓度单位 :计算时需注意浓度的单位,若使用分压则公式中的浓度项用分压替代。
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相容性 :标准平衡常数仅适用于同一温度下的反应,不同温度下需重新计算。
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反应物状态 :若反应物或产物为纯物质(如固体、液体),其浓度视为常数,不影响平衡常数计算。
通过以上方法,可系统地计算和理解标准平衡常数在化学平衡分析中的应用。