均相平衡

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介绍

化学反应是为了通过反应物中发生的某些化学过程获得特定的产物而进行的。在某些情况下，形成的产物会再次转化回反应物。也就是说，正在发生逆化学反应。但并非所有化学反应都会发生这种逆反应。

正向反应和逆向反应同时发生的状态称为平衡。平衡一词是由科学家贝特莱特于 1803 年发现的一些反应向反方向移动而引入的。这种化学反应的速率也相同。根据化学反应的相，平衡分为两种类型：均相平衡和非均相平衡。

什么是均相平衡？

当参与典型化学反应（已达到化学平衡）的产物和反应物的所有化学物质都处于同一相时，则为均相平衡。这意味着如果反应物处于气相，则产物也将处于气相本身。

• 例如，在以下反应中实现了气相或均相平衡，该反应涉及二氧化硫转化为三氧化硫。反应为：

$$\mathrm{2SO_{2}(g)\:+\:O_{2}(g)\:\leftrightarrows\:2SO_{3}(g)}$$

这是接触法中发生的反应，其中制备硫酸。

均相平衡 - 例子。

下面列出了一些实现均相平衡的示例。

• 均相平衡的一个例子是氮和氢之间的反应，在哈伯法制氨过程中导致氨的形成。反应为：

$$\mathrm{N_{2}(g)\:+\:3H_{2}(g)\:\leftrightarrows\:2NH_{2}(g)}$$

• 在以下反应中实现了液相或均相平衡，其中乙酸与醇反应。该过程是酯化反应。反应为

$$\mathrm{CH_{3}COOH(l)\:+\:CH_{3}CH_{2}OH(l)\leftrightarrows\:CH_{3}COOCH_{2}CH_{3}(l)\:+\:H_{2}O(l)}$$

• 另一个例子是氮和氧反应形成一氧化氮。反应为：

$$\mathrm{N_{2}(g)\:+\:O_{2}(g)\:\rightarrow\:2NO(g)}$$

均相反应 - 平衡常数

可以通过将化学反应视为均相平衡来推导出均相平衡常数。例如：

$$\mathrm{aA\:+\:bB\leftrightarrows\:cC\:+\:dD}$$

可以通过将产物乘积与其指数一起除以反应物乘积与其指数一起获得平衡常数。方程式为：

$$\mathrm{Kc\:=\:[C]^{c}[D]^{d}/[A]^{a}[B]^{b}}$$

这是当化学反应达到均相平衡时的平衡常数公式。并且也类似于所有反应的平衡常数。因此，平衡常数不取决于参与化学反应的化学物质的相或状态。

计算平衡常数

借助相应的方程式可以计算反应的平衡常数。例如，以下形成三氧化硫的反应是均相平衡的一个例子。反应为

$$\mathrm{2SO_{2}(g)\:+\:O_{2}(g)\:\leftrightarrows\:2SO_{3}(g)}$$

用于计算平衡常数的方程式为：

$$\mathrm{Kc\:=\:[C]^{c}[D]^{d}/[A]^{a}[B]^{b}}$$

即：

$$\mathrm{Kc\:=\:[SO_{3}]^{2}/[SO_{2}]^{2}[O_{2}]}$$

通过代入化学物质的相应浓度，可以很容易地获得平衡常数值。

KC 和 KP 之间的区别

Kc 和 Kp 都是不会完全转化为相应产物的反应的平衡常数。反应物和产物都在一个可以发生相互转化的反应中。Kc 和 Kp 之间的主要区别在于 Kc 是与化学物质浓度相关的平衡，而 Kp 是与压力相关的平衡常数。下面列出了这两个术语之间的一些区别。

Kc	Kp
它与化学物质的浓度有关，如果已知浓度，则可以计算它。	它与所涉及化学物质的压力有关。
该值可用于液体和气体。	该值只能用于气相中的化学物质。
它以浓度单位表示。	它以压强单位表示。
用于计算 Kc 的方程式为：$\mathrm{Kc\:=\:[C]^{c}[D]^{d}/[A]^{a}[B]^{b}}$	用于计算 Kp 值的方程式为：$\mathrm{kp\:=\:pR^{r}.pS^{s}/pP^{p}.pQ^{q}}$ 分压为 p。 .

有一个方程将这两个术语联系起来。并且是：

$$\mathrm{kp\:=\:kc(RT)^{\Delta\:n}}$$

$$\mathrm{\Delta\:n\:=\:摩尔数.}$$

$$\mathrm{R\:=\:0.082062\:L.atm.K^{-1}mol^{-1}}$$

此关系是从理想气体方程获得的：

$$\mathrm{PV\:=\:nRT}$$

结论

均相平衡是通过化学反应实现的，其中所涉及的反应和产物都处于同一相。反应物和产物的状态始终处于气相或溶液相。这类化学反应有很多。这种类型反应的平衡常数是使用方程式 $\mathrm{Kc\:=\:[C]^{c}[D]^{d}/[A]^{a}[B]^{b}}$ 计算的。并且该值很大程度上取决于相应反应物和产物的浓度。Kp 也是与化学反应相关的另一个平衡常数。Kp 的值与化学物质的分压有关，而 Kc 与浓度有关。

常见问题

1. 平衡常数取决于什么因素？

三个因素会影响化学反应的平衡。它们是所涉及的化学物质的浓度、温度和压力。如果其中一个因素发生变化，化学反应将被破坏。

2. 催化剂会影响平衡吗？

向正向和反向反应同时发生的反应中添加催化剂不会有任何影响。这是因为催化剂会以相同的程度改变正向和逆向反应的速率。因此，该反应的平衡不会有任何变化。

3. 给出一个非均相平衡的例子？

反应物和产物处于不同相的化学反应处于非均相平衡状态。在大多数情况下，会涉及固相。一个例子是蒸汽与碳反应导致氢气的形成：

$$\mathrm{H_{2}O(g)\:+\:C(s)\:\longleftrightarrow\:H_{2}(g)\:+\:CO(g)}$$

4. 给出勒夏特列原理？

对已达到化学平衡的化学反应施加任何因素的变化，都会导致系统抵消该变化。从而减少系统已实现的变化的影响。

5. 反应速率和平衡是否相关？

化学反应速率和平衡没有任何关系。相反，存在一种关系，即正向和逆向反应的速率以相同的速率发生。

6. 非均相平衡的一些例子是什么？

固体碳酸钙分解产生 𝐶𝑎𝑂 固体和 $\mathrm{CO_{2}}$ 气体，在这种情况下反应物和产物处于不同的相，是非均相平衡的例子。类似于固体氧化亚铁与一氧化碳气体结合形成固体铁和二氧化碳气体。