化学平衡常数知识点整理中

一、浓度商（Q）

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。
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})})
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

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})})
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·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：

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}}})；
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' = K^x)；
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

核心影响因素：温度（平衡常数是温度的函数）：
- 放热反应（(\Delta H < 0)）：升温，(K) 减小；降温，(K) 增大；
- 吸热反应（(\Delta H > 0)）：升温，(K) 增大；降温，(K) 减小。
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

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}})）。
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；
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

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；
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)；
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。