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平衡常数

标签: 平衡常数 应用数学

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 中文名称:平衡常数

英文名称:equilibrium constant
定义:在特定物理条件下(如温度、压力、溶剂性质、离子强度等),可逆化学反应达到平衡状态时反应产物与反应物的浓度比或反应物与反应产物的浓度比。用符号“K”表示。
可逆化学反应达到平衡时,每个产物浓度系数次幂的连乘积与每个反应物浓度系数次幂的连乘积成正比,这个比值叫做平衡常数。反应进行得越完全,平衡常数就越大。
应用学科:生物化学与分子生物学(一级学科);总论(二级学科) 

研究意义

可逆化学反应达到平衡时,每个产物浓度系数次幂的连乘积与每个反应物浓度系数次幂的连乘积成正比,这个比值叫做平衡常数。反应进行得越完全,平衡常数就越大。当一个可逆反应到达平衡时,生成物浓度之幂或分压力的乘积与反应物浓度的幂[1](幂指数为对应物质的化学计量数)或分压力的乘积之间的比值。用浓度计算的平衡常数以KC表示。用分压力计算的平衡常数以KP表示。例如氨的合成:N2+3H2=2NH3在压力(或各物质的浓度)不大时,平衡常数在温度一定的情况下保持不变。从平衡常数的大小,可确定在该温度下可逆反应中的正反应可能达到的程度。平衡常数不仅在分析化学和物理化学中有重要的理论意义,而且在化学工艺中一项重要的数据,可用以通过计算来确定生产条件。

化学反应
1.平衡常数是化学反应的特性常数。它不随物质的初始浓度(或分压)而改变,仅取决于反应的本性。一定的反应,只要温度一定,平衡常数就是定值
2.平衡常数数值的大小是反应进行程度的标志。它能很好地表示出反应进行的完全程度。一个反应的K值越大,说明平衡时生成物的浓度越大,反应物剩余浓度越小,反应物的转化率也越大,也就是正反应的趋势越强。反之亦然。
表达式
表达式

浓度
1 平衡常数表达式表明在一定温度下,体系达成平衡的条件。对于一般可逆反应mA+nB⇋pC+qD 平衡时K=( (C)^p * (D)^q )/( (A)^m * (B)^n )其中(C)(D)等表示 物质C、D的浓度K是平衡常数上述:在一定温度下,可逆反应达到平衡时,生成物浓度幂的连乘积与反应物浓度幂的连乘积之比,是一个常数,幂指数为化学计量数改变温度,K的值会发生变化。
2 平衡状态是化学反应在该条件下进行的最大限度。为了定量的研究化学平衡,必须找出平衡时反应系统内各组分的量之间的关系,平衡常数就是平衡状态的一种数量标志,是表明化学反应限度的一种特征值。
标准平衡常数(Kθ):表达式中,溶质以相对浓度表示,即该组分的平衡浓度Ci除以标准浓度Cθ的商;气体以相对分压表示,即该组分的平衡分压Pi除以标准分压Pθ的商。以平衡时的生成物各组分的相对浓度和相对分压之积为分子,反应物各组分的相对浓度和相对分压之积为分母,各组分相对浓度或相对分压的指数等于反应方程式中相应组分的计量系数。

考查化学平衡常数的意义
1.在一定条件下,某可逆反应的K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,它的正反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物转化率越大;反之,就越不完全,转化率就越小。
2.当K>10或K<10时,该反应就基本进行完全,一般当成非可逆反应;而K在10~10之间的反应被认为是典型的可逆反应。3.K值大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,但不能预示反应达到平衡所需要的时间。

考查化学平衡常数的影响因素
1.平衡常数K只受温度影响,既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关,也与压强的改变无关;由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率,故平衡常数不受催化剂影响。
2.任何可逆反应,当温度保持不变,改变影响化学平衡的其它条件时,即使平衡发生移动,K值不变。
3.其它条件不变时,若正反应是吸热反应,由于升高(或降低)温度时平衡向正(或逆)反应方向移动,K增大(或减小);若正反应是放热反应,由于升高(或降低)温度时平衡向逆(或正)反应方向移动,K减小(或增加);所以温度升高时平衡常数可能增大,也可能减小,但不会不变。

典型例题
在接触法制硫酸中,将SO2与空气按1:3的体积比混合(空气中氮气与氧气的体积比为4:1)
后进入接触室,在一定条件下反应达到平衡后,气体总体积减少为原来的88%(体积均在相同情况下测定),试求:
(1)反应达到平衡时SO2的转化率;
(2)若生成的SO3可在吸收塔中完全被吸收,则排出的尾气中SO2的体积百分含量。

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