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 $m A (g) + n B (g) ⇌ p C (g) + q D (g)$ ，浓度商表达式为：
$Q = \frac{c^{p} (C) \cdot c^{q} (D)}{c^{m} (A) \cdot c^{n} (B)}$
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 $m A (g) + n B (g) ⇌ p C (g) + q D (g)$ ，平衡常数表达式为：
$K = \frac{c^{p} (C) \cdot c^{q} (D)}{c^{m} (A) \cdot c^{n} (B)}$
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 ${CaCO}_{3} (s) ⇌ CaO (s) + {CO}_{2} (g)$ ， $K = c ({CO}_{2})$ ）。
- 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 $H_{2} (g) + I_{2} (g) ⇌ 2 HI (g)$ 的 $K$ 无单位；
如 $N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⇌ 2 {NH}_{3} (g)$ 的 $K$ 单位为 $({mol \cdot L}^{- 1})^{- 2}$ 。

（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 $K_{正}$ 与逆反应平衡常数 $K_{逆}$ 互为倒数，即 $K_{正} = \frac{1}{K_{逆}}$ ；
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 $K_{总} = K_{1} \cdot K_{2}$ 。

（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（ $Δ H < 0$ ）：升温， $K$ 减小；降温， $K$ 增大；
- 吸热反应（ $Δ H > 0$ ）：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（ $v_{正} > v_{逆}$ ）；
- $Q = K$ ：反应达到平衡状态（ $v_{正} = v_{逆}$ ）；
- $Q > K$ ：反应逆向进行（ $v_{正} < v_{逆}$ ）。
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。