[科普中國]-標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時，產(chǎn)物濃度計量系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度計量系數(shù)次方的乘積之比為平衡常數(shù)。若在上面的平衡常數(shù)表達式中，若各物質(zhì)均以各自的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為參考態(tài)，所得的平衡常數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。

其由來是因為平衡常數(shù)Kc、Kp、Kx都稱為實驗平衡常數(shù)，使用時有兩方面的困難，一個是Kc的單位是（mol·dm-3）Δn，取決于Δn，Kp的單位為PaΔn，只有當(dāng)Δn=0時，Kc、Kp的量綱為1，使用時容易出現(xiàn)混亂。二是對于涉及固、液、氣三態(tài)的反應(yīng)時，平衡常數(shù)難以表示。于是，人們提出了標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。

背景知識化學(xué)平衡狀態(tài)：在一定條件下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度不再改變，達到一種表面靜止的狀態(tài)，即"化學(xué)平衡狀態(tài)". 其中，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等是化學(xué)平衡狀態(tài)的實質(zhì)，而反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度不再改變是化學(xué)平衡狀態(tài)的表現(xiàn)。正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率是針對同一可逆反應(yīng)而言，正與反只是相對而言，不是絕對概念。

定義在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時，產(chǎn)物濃度計量系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度計量系數(shù)次方的乘積之比為平衡常數(shù)。若在上面的平衡常數(shù)表達式中，若各物質(zhì)均以各自的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為參考態(tài)，所得的平衡常數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。

氣相某一氣相其反應(yīng)物和生成物都是氣體的可逆反應(yīng)，例如：

在一定溫度下達到平衡，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(standard equilibrium constant)表示為

上式中：pΘ=105Pa，為標(biāo)準(zhǔn)壓力。1各組分氣體的平衡分壓與pΘ的比值為各組分氣體平衡時的相對分壓，如上式組分A、D、G、H平衡時的相對分壓分別為 反應(yīng)B的化學(xué)總計量數(shù)。這樣使得氣體的相對分壓量綱為1，KΘ的量綱也為1。

液相若某可逆反應(yīng)在水溶液中進行：

其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表示為：

式中：cΘ=1mol·L-1，為標(biāo)準(zhǔn)濃度。各物質(zhì)的平衡濃度與標(biāo)準(zhǔn)濃度的比值為各物質(zhì)平衡時的相對濃度。例如，上述四組分A、D、G、H平衡時的相對濃度分別為 。由于溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是1，其標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)表達式中常可將cΘ隱藏起來，將KΘ簡寫。

例如：Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)?Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)的的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達式可簡寫為：

多相對于多相反應(yīng)，例如Zn(s)+2H+(aq)?H2(g)+Zn2+(aq)，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式:

純液體或純固體其活度為1，因而不出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達式中。

將上述三個式子合并成一個式子，即對一般反應(yīng)式有

對氣體 對液體 ，顯然標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)不在區(qū)分壓強平衡常數(shù)和濃度平衡常數(shù)，其量綱為1.

注意事項（1） 是無量綱的物理量;

（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式與化學(xué)反應(yīng)計量式相對應(yīng)。同一化學(xué)反應(yīng)以不同的計量式表達時，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值不同；

（3）代入標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式中的數(shù)值為平衡狀態(tài)下各物質(zhì)的相對濃度或相對分壓。若某物質(zhì)是氣體，就以相對分壓來表示；若是溶液中的溶質(zhì)，則以相對濃度來表示。稀溶液的溶劑，純固體或純液體的濃度不出現(xiàn)在表達式中。

（4）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值與系統(tǒng)的濃度無關(guān)，僅僅是溫度的函數(shù)。一定溫度下，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值越大，說明反應(yīng)正向的程度越大。

（5）多重平衡規(guī)則。當(dāng)幾個反應(yīng)式相加或相減得到另一個反應(yīng)式時，其平衡常數(shù)等于幾個反應(yīng)平衡常數(shù)的積或者商。應(yīng)用多重平衡原則，可以由已知的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)預(yù)測未知反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。12

化學(xué)反應(yīng)等溫式通常情況下，反應(yīng)系統(tǒng)不一定處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，而是任意狀態(tài)的。對于任意化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)推導(dǎo)可得在恒溫恒壓下，反應(yīng)在任意狀態(tài)下的與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的的關(guān)系方程式：

=+RTlnJ；式子中J為反應(yīng)商，的表達式要求與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)一致。

根據(jù)最小自由能原理，當(dāng)反應(yīng)到達平衡態(tài)時，=0，J =；

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大學(xué)