平衡常數

當可逆化學反應達到平衡時，每個產物濃度（或壓強）係數次冪的連乘積與每個反應物濃度（或壓強）係數次冪的連乘積成正比，這個比值叫做化學平衡常數，簡稱平衡常數，記作${\displaystyle K}$ 。平衡時反應進行得越完全，平衡常數就越大。依據勒沙特列原理，平衡常數只受溫度影響。

平衡常數的種類

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

濃度平衡常數

濃度平衡常數，代號${\displaystyle K_{\mathrm {c} }}$。

適用於氣相或是液相的平衡，以體積摩爾濃度（${\displaystyle [M]}$）表示各成分的濃度：

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

壓強平衡常數

壓強平衡常數，代號${\displaystyle K_{\mathrm {p} }}$

僅適用於氣相平衡，以分壓表示各成分的濃度：

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

濃度平衡常數和壓強平衡常數的關係

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

證明過程

根據理想氣體反應方程式$${\displaystyle pV=nRT}$$

同除以體積$${\displaystyle p={\frac {n}{V}}RT=C_{M}RT}$$

其中${\displaystyle C_{M}={\frac {n}{V}}}$為體積摩爾濃度，所以$${\displaystyle p(\mathrm {A} )=C_{M}(\mathrm {A} )RT}$$...

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

單位

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

意義

平衡常數大，表示達到平衡時，大部分的反應物轉成生成物，生成物產率高，反應物轉化率也高，反之亦然。

平衡常數只和溫度、溶劑種類、本性有關，而與反應速率、體系壓強等無關。反應速率受速率常數影響，當正逆反應速率相等時，反應達到平衡，此時速率常數之比恰為平衡常數。

是否達到平衡，可以與反應商（Q，分為濃度商和壓強商）來比較

• ${\displaystyle Q>K}$　生成物濃度太高，未達到平衡，反應將向左移動，直到 ${\displaystyle Q=K}$，才達平衡。
• ${\displaystyle Q<K}$　反應物濃度太高，未達到平衡，反應將向右移動，直到 ${\displaystyle Q=K}$，才達平衡。
• ${\displaystyle Q=K}$　反應已達到平衡狀態。

寫法

通常，固體和純液體不計入平衡常數。

例如：

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

因為碳酸鈣和氧化鈣都是固體，其濃度正比於其密度，在化學平衡的定溫情況下為定值，不會影響平衡狀態與平衡常數，所以

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

又如：

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

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

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

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

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

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