平衡常数

当可逆化学反应达到平衡时，每个产物浓度（或压强）系数次幂的连乘积与每个反应物浓度（或压强）系数次幂的连乘积成正比，这个比值叫做化学平衡常数，简称平衡常数，记作${\displaystyle K}$ 。平衡时反应进行得越完全，平衡常数就越大。依据勒夏特列原理，平衡常数只受温度影响。

平衡常数的种类

以反应${\displaystyle \ a\mathrm {A} +b\mathrm {B} \leftrightarrow c\mathrm {C} +d\mathrm {D} }$为例：

浓度平衡常数

浓度平衡常数，代号${\displaystyle K_{\mathrm {c} }}$。

适用于气相或是液相的平衡，以体积摩尔浓度（${\displaystyle [M]}$）表示各成分的浓度：

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[C]^{c}[D]^{d}}{[A]^{a}[B]^{b}}}}$$

压强平衡常数

压强平衡常数，代号${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$

仅适用于气相平衡，以分压表示各成分的浓度：

$${\displaystyle K_{\mathrm {p} }={\frac {P_{C}^{c}P_{E}^{e}}{P_{A}^{a}P_{B}^{b}}}}$$

浓度平衡常数和压强平衡常数的关系

$${\displaystyle K_{\mathrm {p} }=K_{\mathrm {c} }(RT)^{\Delta n}}$$ 其中${\displaystyle \Delta n=(c+d)-(a+b)}$

证明过程

根据理想气体反应方程式$${\displaystyle pV=nRT}$$

同除以体积$${\displaystyle p={\frac {n}{V}}RT=C_{M}RT}$$

其中${\displaystyle C_{M}={\frac {n}{V}}}$为体积摩尔浓度，所以$${\displaystyle p(\mathrm {A} )=C_{M}(\mathrm {A} )RT}$$...

代入${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$即可得到此式

单位

• ${\displaystyle K_{\mathrm {c} }}$：${\displaystyle \mathrm {mol} ^{\Delta n}}$，常常省略不写。
• ${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$：${\displaystyle \mathrm {atm} ^{\Delta n}}$或是${\displaystyle \mathrm {mmHg} ^{\Delta n}}$或是${\displaystyle \mathrm {Pa} ^{\Delta n}}$，常常省略不写。

意义

平衡常数大，表示达到平衡时，大部分的反应物转成生成物，生成物产率高，反应物转化率也高，反之亦然。

平衡常数只和温度、溶剂种类、本性有关，而与反应速率、体系压强等无关。反应速率受速率常数影响，当正逆反应速率相等时，反应达到平衡，此时速率常数之比恰为平衡常数。

是否达到平衡，可以与反应商（Q，分为浓度商和压强商）来比较

• ${\displaystyle Q>K}$　生成物浓度太高，未达到平衡，反应将向左移动，直到 ${\displaystyle Q=K}$，才达平衡。
• ${\displaystyle Q<K}$　反应物浓度太高，未达到平衡，反应将向右移动，直到 ${\displaystyle Q=K}$，才达平衡。
• ${\displaystyle Q=K}$　反应已达到平衡状态。

写法

通常，固体和纯液体不计入平衡常数。

例如：

$${\displaystyle {\ce {CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g)}}}$$

因为碳酸钙和氧化钙都是固体，其浓度正比于其密度，在化学平衡的定温情况下为定值，不会影响平衡状态与平衡常数，所以

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }=[CO_{2}]}$$

又如：

$${\displaystyle {\ce {Zn(s) + 2Ag+ (aq) <=> Zn^2+ (aq) + 2Ag(s)}}}$$

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[\mathrm {Zn} ^{2+}]}{[\mathrm {Ag} ^{+}]^{2}}}}$$

$${\displaystyle {\ce {I2(s) <=> I_{2}(CCl_4)}}}$$

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }=\mathrm {[I_{2}](CCl_{4})} }$$

$${\displaystyle {\ce {C(s) + CO2(g) <=> 2CO(g)}}}$$

$${\displaystyle K_{\mathrm {c} }={\frac {[CO]^{2}}{[CO_{2}]}}}$$