化学平衡常数知识点 整理中

一、浓度商（Q）

1. 定义：在可逆反应的任意时刻（非平衡状态），生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，称为浓度商。
2. 表达式：对于可逆反应 $m\text{A}(g)+n\text{B}(g)\rightleftharpoons p\text{C}(g)+q\text{D}(g)$，浓度商表达式为： $Q=\frac{c^p(\text{C})\cdot c^q(\text{D})}{c^m(\text{A})\cdot c^n(\text{B})}$
3. 注意事项：
   • 表达式中浓度为任意时刻的瞬时浓度，非平衡浓度。
   • 固体、纯液体的浓度视为常数，不列入浓度商表达式。

二、化学平衡常数（K）

（一）定义

温度一定时，可逆反应达到化学平衡状态时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值为定值，该定值即为化学平衡常数（简称平衡常数）。

（二）表达式

1. 通用表达式：对于可逆反应 $m\text{A}(g)+n\text{B}(g)\rightleftharpoons p\text{C}(g)+q\text{D}(g)$，平衡常数表达式为： $K=\frac{c^p(\text{C})\cdot c^q(\text{D})}{c^m(\text{A})\cdot c^n(\text{B})}$
2. 特殊情况：
   • 反应中有固体/纯液体参与时，其浓度视为常数，不列入表达式（如 ${\text{CaCO}}_3(s)\rightleftharpoons \text{CaO}(s)+{\text{CO}}_2(g)$，$K=c({\text{CO}}_2)$）。
   • 表达式中浓度为平衡时的浓度，单位需与化学计量数匹配。

（三）单位

平衡常数的单位由反应方程式中各物质的化学计量数决定，无固定值：

• 如 ${\text{H}}_2(g)+{\text{I}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{HI}(g)$ 的 $K$ 无单位；
• 如 ${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)$ 的 $K$ 单位为 $(\text{mol}\cdot {\text{L}}^{-1}{)}^{-2}$。

（四）意义

平衡常数值的大小反映化学反应的进行程度（反应限度）：

• $K>{10}^5$：反应基本完全，反应物平衡转化率极高；
• ${10}^{-5}<K<{10}^5$：反应为可逆反应，反应物有一定转化率；
• $K<{10}^{-5}$：反应难以发生，反应物转化率极低；
• 注意：$K$ 仅反映反应限度，与反应速率无关（$K$ 大不代表反应速率快）。

（五）与化学方程式书写形式的关系

平衡常数与化学方程式的书写形式一一对应，规律如下：

1. 正逆反应：正反应平衡常数 $K_{\text{正}}$ 与逆反应平衡常数 $K_{\text{逆}}$ 互为倒数，即 $K_{\text{正}}=\frac{1}{K_{\text{逆}}}$；
2. 系数缩放：化学方程式乘以系数 $x$，平衡常数变为原常数的 $x$ 次方，即 $K^{\prime }=K^x$；
3. 反应叠加：两个方程式相加得到总方程式，总反应平衡常数等于两分反应平衡常数的乘积，即 $K_{\text{总}}=K_1\cdot K_2$。

（六）影响因素

1. 核心影响因素：温度（平衡常数是温度的函数）：
   • 放热反应（$\mathrm{\Delta }H<0$）：升温，$K$ 减小；降温，$K$ 增大；
   • 吸热反应（$\mathrm{\Delta }H>0$）：升温，$K$ 增大；降温，$K$ 减小。
2. 无关因素：反应物/生成物的浓度（或分压）、压强、催化剂等，只要温度不变，$K$ 始终不变。

（七）核心应用

1. 判断反应进行方向：通过比较 $Q$ 与 $K$ 的大小判断：
   • $Q<K$：反应正向进行（$v_{\text{正}}>v_{\text{逆}}$）；
   • $Q=K$：反应达到平衡状态（$v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}$）；
   • $Q>K$：反应逆向进行（$v_{\text{正}}<v_{\text{逆}}$）。
2. 计算平衡相关量：已知 $K$ 和初始浓度，可通过“三段式”计算平衡浓度、反应物转化率等；
3. 比较反应限度：同一温度下，相同类型的可逆反应，$K$ 越大，反应进行得越完全。

（八）补充说明

1. 分压平衡常数（$K_p$）：若反应体系为气体，可采用分压代替浓度计算平衡常数（$K_p$），其数值与 $K$ 不同，但意义一致，且仅受温度影响；
2. 多步反应：总反应的平衡常数等于各步反应平衡常数的乘积，可通过该规律计算难直接测定的反应的 $K$；
3. 表达式书写：需明确物质聚集状态，仅气体、溶液中的溶质列入，固体、纯液体除外。