挪威科學家古柏格和威格提出： 可逆的化學反應 在定溫下達到平衡時 其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為一定值 以定溫下 反應物A、B和生成物C、D皆為氣態的勻相可逆反應為例 其通式可寫成畫面上的反應式 其中a、b、c和d為反應式的平衡係數 達平衡時 其平衡常數等於C濃度的c次方乘以D濃度的d次方 除以A濃度的a次方乘以B濃度的b次方 反應物及生成物的濃度通常以M為單位 1893年 德國化學家波登斯坦利用氫氣與碘蒸氣 反應產生碘化氫的反應式 由所得的實驗數據及其計算過程歸納 驗證了古柏格和威格的結論 在溫度700K時 反應平衡的數據如表格 由表格得知 平衡位置由平衡常數與初始條件決定 而實驗編號1與2可看出 平衡不管從實驗1由正反應出發向右達成 或實驗2由逆反應出發向左達成 平衡時各濃度以平衡表示法所得到的平衡常數值相同 在相同的狀態下進行第3組實驗 思考一下，平衡常數的數值是多少呢？ 答案是：數值和前二組相同 約為54.5 先前學過，平衡常數只受到溫度影響 定溫下，只有一個平衡常數值 而平衡位置可有無限多個 那最後各物質的平衡濃度為多少呢？ 這部影片就要帶大家來學習平衡常數的應用 看完後就可以得到解答囉~ 我們來看平衡常數的第一個應用：評估達平衡時反應的傾向 平衡常數的數值大小 可用來判斷當反應系統達平衡時 反應物量與產物量的分布情形 若K大於1，平衡時 反應系統傾向向右反應； K小於1，平衡時 反應系統傾向向左反應 數值大小僅只表示傾向 若遇到K值極大 代表平衡時反應系統中 幾乎以產物存在 近乎完全反應； K值極小 平衡時反應系統中幾乎以反應物存在 近乎不反應 若K值在10的負3次方到10的3次方之間 則代表平衡時反應物與產物的量大致相當 達到平衡時的快慢無法由平衡常數數值判斷 而是看反應速率的大小 平衡常數的第二個應用： 判斷反應進行的方向 平衡常數的大小可得知反應本身的傾向 但當反應初始時 反應物與生成物同時存在 該如何判斷平衡達成了沒？ 而平衡又該往哪邊移動呢？ 藉由比較反應系統中的反應商與平衡常數 我們可以瞭解系統是否達成平衡 以及平衡是如何移動的 那什麼是反應商呢？ 在反應過程中任一時間點 將各反應物和產物的濃度代入平衡常數表示式 所得之值稱為反應商，簡記為Q 達平衡前 反應商會隨時間的不同而持續改變 達成平衡後 反應商的大小即為平衡常數值 也就是說，在定溫下 平衡常數是反應商在反應達平衡時的特定值 Q值與K值的比較，有以下三種情形： Q等於K，反應已達平衡狀態 代表反應系統中各成分的量達到平衡 Q小於K，反應將向右進行 代表此時產物濃度小於平衡時濃度 或反應物濃度大於平衡時濃度 因此正反應速率大於逆反應速率 淨反應向右進行 使Q值變大直至Q等於K Q大於K，反應將向左進行 代表此時產物濃度大於平衡時濃度 或反應物濃度小於平衡時濃度 因此逆反應速率大於正反應速率 淨反應向左進行 使Q值變小直至Q等於K 平衡常數的第三個應用是： 計算反應物和產物達到平衡時的濃度 由於平衡常數的數值大小象徵反應的傾向 表示反應物量與產物量的分布情形 若知道反應物與生成物的平衡濃度 便可以計算平衡常數； 相反的，若平衡常數已知 亦可求得達平衡時 反應物與生成物之濃度 前面提到的例子 以第3組實驗數據：氫氣濃度等於8.67乘以10的負3次方M 碘濃度等於4.84乘以10的負3次方M 和碘化氫濃度為5.32乘以10的負3次方M時的反應為例 由反應商判斷可知，在初濃度時 Q等於碘化氫濃度的平方除以氫氣濃度乘上碘的濃度 得到Q等於0.67 小於平衡常數值，故反應傾向向右 由於反應會向右移動 直到達到平衡為止 假設過程中濃度變化為： 氫氣濃度變為乘以10的負3次方M 碘的濃度變為乘以10的負3次方M 碘化氫濃度變為乘以10的負3次方M 將上述濃度代入平衡濃度表示式 平衡常數等於54.5 等於碘化氫濃度的平方除以氫氣濃度乘上碘的濃度 套入上方數值後，解得x約等於4.11 氫氣濃度等於4.56乘以10的負3次方M 碘的濃度等於0.73乘以10的負3次方M 碘化氫濃度等於13.54乘以10的負3次方M 即可得到平衡時氫氣、碘、碘化氫的濃度改變如畫面 學習完平衡常數的應用 來做個總結吧！ 平衡常數的應用有三個： 利用平衡常數大小值判斷化學反應的傾向： K大於1，平衡時 反應系統較傾向產物 K小於1，平衡時 反應系統較傾向反應物 利用反應商與平衡常數的比較 判斷反應進行的方向： Q等於K：反應系統到達平衡 Q小於K：反應系統將向右反應 使Q值變大直至Q等於K Q大於K：反應系統將向左反應 使Q值變小直至Q等於K 計算反應物和產物達到平衡時的濃度 可以利用下列步驟進行： 先利用Q、K值判斷反應會朝那個方向進行 列出物質的初始濃度 假設平衡時反應用掉的濃度x 代入平衡定律式 利用平衡常數求出未知數x 求出各物質平衡濃度 同學可以再次運用平衡常數的觀念 多練習平衡計算的過程 大家加油囉！ 我們下次見！