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.
ไทย
สำหรับปฏิกิริยาที่สมดุล ค่าคงที่สมดุล เชื่อมโยงปริมาณของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น สำหรับปฏิกิริยา $a\text{A} + b\text{B} \rightleftharpoons c\text{C} + d\text{D}$:
$$K_c = \frac{[\text{C}]^c\,[\text{D}]^d}{[\text{A}]^a\,[\text{B}]^b}$$
โดยที่วงเล็บเหลี่ยมหมายถึงความเข้มข้นใน $\text{mol dm}^{-3}$
ตัวอย่างวิธีทำ. ที่สมดุล ผสมสาร $\text{H}_2 + \text{I}_2 \rightleftharpoons 2\text{HI}$ มี $[\text{H}_2] = 0.20$, $[\text{I}_2] = 0.20$ และ $[\text{HI}] = 1.6\ \text{mol dm}^{-3}$. หา $K_c$.
$$K_c = \frac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2][\text{I}_2]} = \frac{1.6^2}{0.20 \times 0.20} = 64$$
(ไม่มีหน่วยในที่นี้ เพราะกำลังของความเข้มข้นหักล้างกันด้านบนและด้านล่าง)
ตัวอย่างวิธีทำ (ตาราง ICE). $1.00\ \text{mol}$ ของ $\text{H}_2$ และ $\text{I}_2$ ถูกปิดในกระบอก $1.00\ \text{dm}^3$; ที่สมดุล มี $0.20\ \text{mol}$ ของ $\text{H}_2$ เหลืออยู่ จัดทำ ตาราง ICE (เริ่มต้น, การเปลี่ยนแปลง, สมดุล):
|
$\text{H}_2$ |
$\text{I}_2$ |
$2\text{HI}$ |
| เริ่มต้น |
1.00 |
1.00 |
0 |
| เปลี่ยนแปลง |
$-0.80$ |
$-0.80$ |
$+1.60$ |
| สมดุล |
0.20 |
0.20 |
1.60 |
$0.80\ \text{mol}$ ของ $\text{H}_2$ ได้ทำปฏิกิริยา ดังนั้น $2\times0.80 = 1.60\ \text{mol}$ HI จึงเกิดขึ้น ในกระบอก $1.00\ \text{dm}^3$ ความเข้มข้นมีค่าเท่ากับโมล ดังนั้น $K_c = \dfrac{1.60^2}{0.20\times0.20} = 64$.
สำหรับปฏิกิริยาระหว่างแก๊ส เราใช้ ความดันย่อย แทนความเข้มข้น ความดันย่อยของแก๊สคือส่วนหนึ่งของความดันรวมที่แก๊สนั้นให้ไว้ ซึ่งหาได้จาก เศษส่วนโมล (สัดส่วนของโมลทั้งหมดที่เป็นแก๊สนั้น):
$$\text{partial pressure} = \text{mole fraction} \times \text{total pressure}$$
ค่าคงที่ที่เขียนด้วยความดันย่อยคือ $K_p$
ตัวอย่างวิธีทำ. ผสมสารแก๊สมี $2.0\ \text{mol}$ ของ $\text{N}_2$ และ $6.0\ \text{mol}$ ของ $\text{H}_2$ ที่ความดันรวม $200\ \text{kPa}$. หาความดันย่อยของแต่ละแก๊ส
มี $8.0\ \text{mol}$ รวม ดังนั้น
$$p(\text{N}_2) = \frac{2.0}{8.0} \times 200 = 50\ \text{kPa}, \qquad p(\text{H}_2) = \frac{6.0}{8.0} \times 200 = 150\ \text{kPa}.$$
ตัวอย่างวิธีทำ (ค่า $K_p$ แบบตัวเลข). สำหรับ $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$ ความดันย่อยที่สมดุลคือ $p(\text{N}_2)=20$, $p(\text{H}_2)=40$ และ $p(\text{NH}_3)=10\ \text{kPa}$. ดังนั้น
$$K_p = \frac{p(\text{NH}_3)^2}{p(\text{N}_2)\,p(\text{H}_2)^3} = \frac{10^2}{20\times40^3} = 7.8\times10^{-5}\ \text{kPa}^{-2},$$
หน่วยที่ได้จาก
$\dfrac{\text{kPa}^2}{\text{kPa}\times\text{kPa}^3}=\text{kPa}^{-2}$
เพียง อุณหภูมิ เท่านั้นที่เปลี่ยนค่าของ $K_c$ หรือ $K_p$ การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นหรือความดันจะเลื่อนตำแหน่งสมดุลแต่ไม่เปลี่ยนค่าคงที่; การเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ทำให้ ทั้ง ค่าคงที่ หรือ ตำแหน่งเปลี่ยน — มันแค่ทำให้ถึงจุดสมดุลเร็วขึ้นเท่านั้น