English
For a reaction at equilibrium, the equilibrium constant 平衡常数 links the amounts of products and reactants. For the reaction $a\text{A} + b\text{B} \rightleftharpoons c\text{C} + d\text{D}$:
$$K_c = \frac{[\text{C}]^c\,[\text{D}]^d}{[\text{A}]^a\,[\text{B}]^b}$$
where the square brackets mean concentration in $\text{mol dm}^{-3}$.
Worked example. At equilibrium the mixture $\text{H}_2 + \text{I}_2 \rightleftharpoons 2\text{HI}$ has $[\text{H}_2] = 0.20$, $[\text{I}_2] = 0.20$ and $[\text{HI}] = 1.6\ \text{mol dm}^{-3}$. Find $K_c$.
$$K_c = \frac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2][\text{I}_2]} = \frac{1.6^2}{0.20 \times 0.20} = 64$$
(no units here, because the concentration powers cancel top and bottom).
Worked example (ICE table). $1.00\ \text{mol}$ each of $\text{H}_2$ and $\text{I}_2$ are sealed in a $1.00\ \text{dm}^3$ flask; at equilibrium $0.20\ \text{mol}$ of $\text{H}_2$ remains. Set out an ICE table (Initial, Change, Equilibrium):
|
$\text{H}_2$ |
$\text{I}_2$ |
$2\text{HI}$ |
| Initial |
1.00 |
1.00 |
0 |
| Change |
$-0.80$ |
$-0.80$ |
$+1.60$ |
| Equilibrium |
0.20 |
0.20 |
1.60 |
$0.80\ \text{mol}$ of $\text{H}_2$ reacted, so $2\times0.80 = 1.60\ \text{mol}$ HI formed. In the $1.00\ \text{dm}^3$ flask the concentrations equal the moles, so $K_c = \dfrac{1.60^2}{0.20\times0.20} = 64$.
For reactions of gases, we use partial pressure 分压 instead of concentration. The partial pressure of a gas is the share of the total pressure that it provides. It is found from the mole fraction 摩尔分数 (the fraction of all the moles that are that gas):
$$\text{partial pressure} = \text{mole fraction} \times \text{total pressure}$$
The constant written with partial pressures is $K_p$.
Worked example. A gas mixture holds $2.0\ \text{mol}$ of $\text{N}_2$ and $6.0\ \text{mol}$ of $\text{H}_2$ at a total pressure of $200\ \text{kPa}$. Find the partial pressure of each gas.
There are $8.0\ \text{mol}$ in total, so
$$p(\text{N}_2) = \frac{2.0}{8.0} \times 200 = 50\ \text{kPa}, \qquad p(\text{H}_2) = \frac{6.0}{8.0} \times 200 = 150\ \text{kPa}.$$
Worked example (a numeric $K_p$). For $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$ the equilibrium partial pressures are $p(\text{N}_2)=20$, $p(\text{H}_2)=40$ and $p(\text{NH}_3)=10\ \text{kPa}$. Then
$$K_p = \frac{p(\text{NH}_3)^2}{p(\text{N}_2)\,p(\text{H}_2)^3} = \frac{10^2}{20\times40^3} = 7.8\times10^{-5}\ \text{kPa}^{-2},$$
the units coming from
$\dfrac{\text{kPa}^2}{\text{kPa}\times\text{kPa}^3}=\text{kPa}^{-2}$.
Only temperature changes the value of $K_c$ or $K_p$. Changing concentration or pressure shifts the position of equilibrium but leaves the constant unchanged; adding a catalyst changes neither the constant nor the position — it only makes equilibrium arrive faster.
עברית
לתגובה באיזון, קבוע האיזון מקשר בין כמות התוצרים לתגובנים. עבור התגובה $a\text{A} + b\text{B} \rightleftharpoons c\text{C} + d\text{D}$:
$$K_c = \frac{[\text{C}]^c\,[\text{D}]^d}{[\text{A}]^a\,[\text{B}]^b}$$
כאשר הסוגריים המרובעים מציינים ריכוז ב$\text{mol dm}^{-3}$.
דוגמה פתורה. באיזון התערובת $\text{H}_2 + \text{I}_2 \rightleftharpoons 2\text{HI}$ מכילה $[\text{H}_2] = 0.20$, $[\text{I}_2] = 0.20$ ו$[\text{HI}] = 1.6\ \text{mol dm}^{-3}$. מצאו את $K_c$.
$$K_c = \frac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2][\text{I}_2]} = \frac{1.6^2}{0.20 \times 0.20} = 64$$
(ללא יחידות כאן, כי מערכי הריכוז מתבטלים למעלה ולמטה).
דוגמה פתורה (טבלת ICE). $1.00\ \text{mol}$ של כל $\text{H}_2$ ו$\text{I}_2$ נכלאים בבקבוק בעל נפח $1.00\ \text{dm}^3$; באיזון נותרה כמות $0.20\ \text{mol}$ של $\text{H}_2$. ערוכו טבלת ICE (התחלה, שינוי, איזון):
|
$\text{H}_2$ |
$\text{I}_2$ |
$2\text{HI}$ |
| התחלה |
1.00 |
1.00 |
0 |
| שינוי |
$-0.80$ |
$-0.80$ |
$+1.60$ |
| איזון |
0.20 |
0.20 |
1.60 |
הגיבה כמות $0.80\ \text{mol}$ של $\text{H}_2$, ולכן נוצרה כמות $2\times0.80 = 1.60\ \text{mol}$ של HI. בבקבוק בעל נפח $1.00\ \text{dm}^3$ הריכוזים שווים למולים, ולכן $K_c = \dfrac{1.60^2}{0.20\times0.20} = 64$.
בתגובות גזים, אנו משתמשים בלחץ חלקי במקום בריכוז. הלחץ החלקי של גז הוא החלק מהלחץ הכולל שהוא ספק. הוא מחושב מהשבר המולי (השבר מכלל המולים שהם הגז ההוא):
$$\text{partial pressure} = \text{mole fraction} \times \text{total pressure}$$
הקבוע שנכתב עם לחצים חלקיים הוא $K_p$.
דוגמה פתורה. תערובת גזים מכילה $2.0\ \text{mol}$ של $\text{N}_2$ ו$6.0\ \text{mol}$ של $\text{H}_2$ בלחץ כולל של $200\ \text{kPa}$. מצאו את הלחץ החלקי של כל גז.
יש בסך הכל $8.0\ \text{mol}$, ולכן
$$p(\text{N}_2) = \frac{2.0}{8.0} \times 200 = 50\ \text{kPa}, \qquad p(\text{H}_2) = \frac{6.0}{8.0} \times 200 = 150\ \text{kPa}.$$
דוגמה פתורה (מספר $K_p$ נתון). עבור $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$, הלחצים החלקיים באיזון הם $p(\text{N}_2)=20$, $p(\text{H}_2)=40$ ו$p(\text{NH}_3)=10\ \text{kPa}$. אז
$$K_p = \frac{p(\text{NH}_3)^2}{p(\text{N}_2)\,p(\text{H}_2)^3} = \frac{10^2}{20\times40^3} = 7.8\times10^{-5}\ \text{kPa}^{-2},$$
היחידות הנובעות מ
$\dfrac{\text{kPa}^2}{\text{kPa}\times\text{kPa}^3}=\text{kPa}^{-2}$.
רק טמפרטורה משנה את הערך של $K_c$ או $K_p$. שינוי בריכוז או בלחץ מזיז את מיקום האיזון אך משאיר את הקבוע ללא שינוי; הוספת קטליזט משנה גם הקבוע גם את המיקום — היא רק גורמת לאיזון להגיע מהר יותר.