由上一個單元 我們已經學到 一個均相的可逆化學反應 定溫下反應達平衡後 其生成物體積莫耳濃度係數次方的乘積 除以反應物體積莫耳濃度係數次方的乘積 可得平衡常數K 又可稱為「濃度平衡常數」 用Kc表示之 其中A、B、C和D分別表示平衡時 反應物及生成物的體積莫耳濃度 單位為M 而a、b、c和d為反應式的平衡係數 若反應物與生成物均為氣體 則平衡常數表示式可改成 以平衡時的各氣體分壓代入 所求得的值則為該溫度下 反應的分壓平衡常數Kp 其中平衡時反應物及生成物的分壓 如畫面所示 單位為mmHg或atm 而a、b、c和d為反應式的平衡係數 例如：四氧化二氮的分解反應 其濃度平衡常數表示式為 Kc等於二氧化氮濃度的平方除以四氧化二氮濃度 而分壓平衡常數表示式為 Kp等於二氧化氮分壓的平方除以四氧化二氮分壓 而同一個反應式的濃度平衡常數 與分壓平衡常數之間有什麼關係？ 可不可以互相轉換呢？ 根據理想氣體方程式 壓力P等於莫耳數n除以體積V 乘上理想氣體常數R和絕對溫度T 也等於體積莫耳濃度乘常數R和溫度T 故反應物A的分壓為反應物A的濃度乘RT 反應物B、C、D的分壓則以此類推 接著我們代入分壓平衡常數表示式中 則可以得出平衡時 分壓平衡常數等於C濃度RT的c次方 乘上D濃度RT的d次方 除以A濃度RT的a次方 乘上B濃度RT的b次方 把濃度係數次方提出來整理後 發現會等於生成物濃度係數次方的乘積 除以反應物濃度係數次方的乘積 乘上RT的減次方 最後我們可以得出分壓平衡常數等於畫面中的形式 接著我們令delta n等於減 也就是delta n等於生成物的「氣體」係數和 減掉反應物的「氣體」係數和 則可改寫為畫面的形式 其中R為理想氣體常數0.082 單位如畫面所示 而T為絕對溫度 單位是K 以四氧化二氮的分解反應為例 delta n等於2減1等於1 則其濃度平衡常數與分壓平衡常數的關係如畫面所示 而氮和氫生成氨的可逆反應式中 delta n等於2減等於負2 則其濃度平衡常數與分壓平衡常數的關係如畫面所示 也可寫成另一種形式 若化學反應式的左右兩邊氣體係數和相等時 delta n等於0 則濃度平衡常數會等於分壓平衡常數 已知Kc為濃度平衡常數 Kp為分壓平衡常數 則以下哪些反應的Kc與Kp相等？ 接著我們要來認識如何將平衡常數表示法加以簡化 由於固態、液態純物質的體積莫耳濃度為定值 反應時不隨著量的改變而有所變化 因此在非均相反應的平衡常數表示式中 我們可以把固態、液態純物質的濃度 移項併入平衡常數中 不需要寫在平衡常數表示式裡 為什麼「固態與液態純物質」的體積莫耳濃度 在定溫時為定值呢？ 因為體積莫耳濃度等於溶質莫耳數n除以溶液體積V 又等於溶質重W除以溶質分子量M 再除以體積V 但又純物質的分子量或式量M是固定的 所以W除以V等於密度d 則定溫時 純物質的密度d不變 故體積莫耳濃度便為定值 以汞為例 其原子量為200.6 假設取1莫耳汞 其質量為200.6克 因其密度為每立方公分13.6克 故其體積莫耳濃度為67.8M 又定溫時 汞的密度不變 故體積莫耳濃度不變 若以水為例 其分子量為18 假設取1莫耳水 其質量為18.0克 密度為每立方公分1.0克 故其體積莫耳濃度為55.6M 又定溫時 水的密度不變 故體積莫耳濃度不變 因此在銅和汞離子反應式中 最初平衡常數的表示法應如同畫面所呈現 但由於定溫下固體銅和液體汞的濃度為定值 所以可將銅和汞往左移與濃度平衡常數的值合併 得到簡化後的表示法 又如同在碳酸鈣生成氧化鈣和二氧化碳的反應式中 最初平衡常數的表示法應如同畫面所呈現 但由於定溫下固體碳酸鈣和氧化鈣的濃度為定值 所以可將氧化鈣和碳酸鈣往左移 得到簡化後的表示法 在水溶液中的反應： 由於水溶液中以水為溶劑 而水的體積莫耳濃度為55.6M 變化極小 因此水的濃度可以不納入平衡常數表示式中 例如鉻酸根和氫離子生成重鉻酸根和水的反應式中 其平衡常數表示法可不納入水 如畫面所示 在非水溶液的反應系統中 液態或氣態的水由於不是溶劑 其濃度會有所變化 也會影響平衡方向 故此時液態水或氣態水的濃度均不能視為常數 必須要在平衡常數表示式中表示出來 例如酯化反應 水在平衡常數表示法中不可省略 如畫面所示 試試看 寫出下列各反應式的平衡常數表示法 最後我們來整理一下 這個單元學到了什麼呢？ 1.在畫面中所呈現的可逆反應式中 如果反應物與生成物均為氣體 則平衡可以用分壓平衡常數來表示 2.濃度平衡常數與分壓平衡常數之間的關係如畫面所示 其中delta n等於減 等於生成物的「氣體」係數和 減掉反應物的「氣體」係數和 而R為理想氣體常數0.082 單位如畫面所示 而T為絕對溫度 單位是K 3.平衡常數表示法的簡化： 反應式中 若有固態或液態的純物質 則在非均相反應的平衡常數表示式中 不需要將這些物質寫在平衡常數表示式裡 在水溶液中的反應 水的濃度可視為定值 故不需將水的濃度列在平衡常數表示式中 但在非水溶液中的反應： 液態水或氣態水的濃度會有所變化 故此兩者必須要在平衡常數表示式中表示出來 同學們 看完本單元 你是否已經學會平衡常數表示法與簡化的相關知識了呢？ 歡迎與我們分享你的心得喔！ 下次見