14.3: Равновесия для газовых и гетерогенных реакций.

Homogeneous Equilibria for Gaseous Reactions

For gas-phase reactions, the equilibrium constant may be expressed in terms of either the molar concentrations (K_c) or partial pressures (K_p) of the reactants and products. A relation between these two K values may be simply derived from the ideal gas equation and the definition of molarity. According to the ideal gas equation:

Molar concentration or molarity is given by number of moles divided by the volume:

Thus,

where P is partial pressure, V is volume, n is number of moles, R is the gas constant, T is temperature, and M is molar concentration.

For the gas-phase reaction: m A + n B ⇌ x C + y D

And so, the relationship between K_c and K_P is

where Δn is the difference in the molar amounts of product and reactant gases, in this case:

This text has been adapted from Openstax, Химия 2е изд., Section 13.2 Equilibrium Constants.

Для химических реакций, где все исходные вещества и продукты представляют собой газы, константа равновесия также может быть рассчитана с использованием индивидуальных парциальных давлений, а не молярных концентраций. Таким образом, когда газы A и B превращаются в газы C и D в обратимой реакции, выражение равновесия может быть записано вместо этого как парциальное давление каждого газа, возведенное в степень их стехиометрических коэффициентов. Константа равновесия обозначается как Kp, где индекс p указывает давление.

Для данной газовой реакции Kp не обязательно равно Kc, потому что парциальное давление газа и его молярная концентрация являются отдельными величинами. Однако связь между двумя константами может быть получена с использованием уравнения идеального газа и определения молярности. Чтобы вывести это соотношение, рассмотрим выражения равновесия для Kc и Kp для данной химической реакции.

Уравнение идеального газа связывает давление газа с его количеством молей и объемом при заданной температуре. Подстановка отношения молей к объему для молярности в уравнение идеального газа позволяет выразить давление идеального газа через его молярную концентрацию. Таким образом, отдельные парциальные давления в выражении для Kp могут быть заменены эквивалентом концентрации каждого газа.

Стехиометрические коэффициенты остаются неизменными. В модифицированном выражении Kp отношение концентрации продуктов к концентрации исходных веществ может быть заменено на Kc.Это уравнение дает соотношение между двумя константами Kp равно Kc, умноженному на RT, возведенному в степень, равную сумме коэффициентов продуктов минус сумма коэффициентов исходных веществ. Разницу между коэффициентами газообразных исходных веществ и продуктов реакции можно представить как дельта n.