怎样计算化学平衡常数

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  • 化学平衡的概念首先要说清楚:有的化学反应的反应物无法彻底变成产物,而是随着反应时间推移,逐渐进入一个停滞状态——反应物与产物相混合、比例不再变化的状态.这就是化学平衡.

    区别于氢气燃烧等“不可逆反应”,化学平衡发生于可逆反应中.

    实验发现,对于一个可逆反应,只要反应条件固定,达到平衡时,各物质的摩尔比例是固定的.所以我们引入化学平衡常数(常用字母K表示)来量化可逆反应的平衡点.

    K有2种计算方法.

    1 经验平衡常数(简单版)

    可逆反应:aA + bB cC + dD达到平衡后,密闭容器中各物质的摩尔浓度是[A]、[B、[C]、[D],反应中各物质的反应比例系数分别是a、b、c、d.这时K可以有上述数据计算出来:

    [C]^c · [D]^d

    ---------------- = K

    [A]^a · [B]^b

    *例如:碘单质的氢化:H2(g) + I2(g) 2HI(g)(g表示反应物为气体)

    K = [HI]^2 / { [H2] · [I2] }

    2标准平衡常数

    由于事实上,一个混合体系中各种物质的浓度是非常难以测得的,所以上述计算实际中难以运用,只作为入门学者辅助理解的案例.

    化学平衡点事实上是由物质本身的性质决定的,更确切地说是反应能量决定的.化学反应总是趋向于减少反应物的内能.燃烧反应就是典型例子:通过燃烧,燃料把自身储存的内能释放出去,自己达到了稳定状态.可逆反应也一样,正逆反应能量释放速度一样时,反应就平衡了.

    因此,我们需要用吉布斯自由能的变化量 ΔG 算出反应物内能的吸收、释放量,然后借助范特霍夫等温式将 ΔG 与 K 联系起来,从而算出更一般的 K.

    具体内容涉及化学反应“标准状态”的定义,物理化学的反应能量计算,如焓、熵的知识,所以这里不便赘述.有兴趣可以直接阅读各大大学无机化学教材.