一、平衡常數表示式與 K_c、K_p的關係

平衡常數必須以各物質達平衡時的濃度或分壓代入。各物質在表示式中的次方，等於其在化學反應式中的係數。

1. 平衡常數的定義
   定溫下，可逆反應達平衡時，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，稱為平衡常數。此時的數值為定值，常以 K 表示。
2. 平衡常數的重要結論
   
   定溫下，均相的可逆反應：
   
   aA(g)＋bB(g) ⇌ cC(g)＋dD(g)
   
   平衡常數表示式為：
   
   K＝ [C]^c[D]^d／ [A]^a[B]^b
   
   其中：
   [A]、[B]、[C]、[D]：達平衡狀態時 A、B、C、D 的體積莫耳濃度。
   a、b、c、d：反應式中的係數。
3. 濃度平衡常數 K_c
   
   K_c＝ [C]^c[D]^d／ [A]^a[B]^b
   
   [A]、[B]、[C]、[D] 為平衡時的體積莫耳濃度。
4. 分壓平衡常數 K_p
   
   K_p＝ P_C^cP_D^d／ P_A^aP_B^b
   
   P_A、P_B、P_C、P_D為平衡時的氣體分壓。
   
   例：
   N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)
   
   K_c＝ [NO₂]²／[N₂O₄]
   
   或
   
   K_p＝ P_NO₂²／P_N₂O₄
5. K_c與 K_p的關係
   
   K_p＝K_c(RT)^Δn
   
   Δn＝(c＋d)－(a＋b)
   ＝氣體生成物係數和－氣體反應物係數和
   
   R：理想氣體常數，0.082 atm．L／mol．K
   T：絕對溫度
   
   由理想氣體方程式：
   
   PV＝nRT
   P＝(n／V)RT＝C_MRT
   
   故：
   P_A＝[A]RT、P_B＝[B]RT、P_C＝[C]RT、P_D＝[D]RT。
   
   代入平衡常數表示式中，可得：
   
   K_p ＝ P_C^cP_D^d／ P_A^aP_B^b
   
   ＝ [C]^c[D]^d／ [A]^a[B]^b (RT)^{(c＋d)－(a＋b)}
   
   ＝K_c(RT)^Δn
6. K_c與 K_p計算注意事項
   1. 只有當物質為氣態時，才可納入 Δn 的計算中。
   2. 平衡常數一般不需列出單位。
   3. Δn＝0 時，K_p＝K_c(RT)⁰＝K_c。
7. 平衡常數的特性
   1. 定溫下，相同的化學可逆反應，平衡常數恆為定值。
   2. 平衡常數只受到反應物的本性、溶劑種類及溫度的影響而改變。
   3. 物質濃度、氣體分壓或催化劑皆無法改變平衡常數。
8. 平衡常數與正、逆反應速率定律
   
   若 aA(g)＋bB(g) ⇌ cC(g)＋dD(g) 為一步驟反應，則正、逆反應速率定律分別為：
   
   正反應速率： R_正＝k_正[A]^a[B]^b
   
   逆反應速率： R_逆＝k_逆[C]^c[D]^d
   
   達平衡時：
   
   R_正＝R_逆
   
   k_正[A]^a[B]^b ＝ k_逆[C]^c[D]^d
   
   因此：
   
   K_c＝ k_正／k_逆 ＝ [C]^c[D]^d／ [A]^a[B]^b

二、平衡常數表示式的簡化

寫平衡常數表示式時，純固體、純液體及作為溶劑的水，其濃度在定溫下可視為定值，因此通常不列入表示式。
但若水不是溶劑，且其濃度變化不可忽略，仍須納入平衡常數表示式。

1. 非均相反應中的純固體與純液體
   
   固態與液態純物質的濃度在反應過程中為定值，因此可併入平衡常數，不需出現在平衡常數表示式中。
   
   例 1：
   Cu(s)＋Hg^2＋(aq) ⇌ Cu^2＋(aq)＋Hg(l)
   
   K_c＝ [Cu^2＋]／[Hg^2＋]
   
   例 2：
   CaCO₃(s) ⇌ CaO(s)＋CO₂(g)
   
   K_c＝[CO₂]
   或 K_p＝P_CO₂
2. 固態與液態純物質的濃度在定溫時為定值
   
   莫耳濃度：
   
   C_M＝n／V
   ＝(W／M)／V
   ∝ W／V
   ＝d
   
   定溫時，純物質的密度為定值，因此其體積莫耳濃度亦為定值。
   
   以汞為例，密度為 13.6 g／cm³，汞的莫耳質量為 200.6 g：
   
   C_M＝ (13.6／200.6)／(1.00 × 10^－3) ＝67.8 M
   
   定溫時，密度不變，故體積莫耳濃度不變。
   
   以水為例，密度為 1.00 g／cm³：
   
   C_M＝ (1／18.0)／(1.00 × 10^－3) ＝55.6 M
3. 水溶液中的反應
   
   水為溶劑時，水的濃度變化極小，[H₂O]＝55.6 M，不需納入平衡常數表示式。
   
   例：
   2CrO₄^2－(aq) ＋2H^＋(aq) ⇌ Cr₂O₇^2－(aq) ＋H₂O(l)
   
   K_c＝ [Cr₂O₇^2－]／ [CrO₄^2－]² [H^＋]²
4. 非水溶液中的反應
   
   若反應物或生成物中的 H₂O(l) 或 H₂O(g) 並非溶劑，其濃度變化不可忽略，因此 [H₂O] 不能視為常數，必須納入平衡常數表示式。
   
   例 1：
   CH₃COOH(l)＋C₂H₅OH(l) ⇌ CH₃COOC₂H₅(l)＋H₂O(l)
   
   K_c＝ [CH₃COOC₂H₅][H₂O]／ [CH₃COOH][C₂H₅OH]
   
   例 2：
   C(s)＋H₂O(g) ⇌ CO(g)＋H₂(g)
   
   K_c＝ [CO][H₂]／[H₂O]
5. 水溶液中的酯化反應
   
   CH₃COOH(aq)＋C₂H₅OH(aq) ⇌ CH₃COOC₂H₅(aq)＋H₂O(l)
   
   水為溶劑，因此不列入平衡常數表示式：
   
   K_c＝ [CH₃COOC₂H₅]／ [CH₃COOH][C₂H₅OH]
6. 一些常見的平衡常數

   常見反應的平衡常數表示式與數值

   反應	平衡常數表示法	平衡常數	溫度（℃）
   H2(g)＋I2(g) ⇌ 2HI(g)	K＝[HI]2／[H2][I2]	50	448
   N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)	K＝[NO2]2／[N2O4]	0.87	25
   N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g)	K＝[NH3]2／[N2][H2]3	5.0 × 103	25
   Ag＋(aq)＋2NH3(aq) ⇌ [Ag(NH3)2]＋(aq)	K＝ [[Ag(NH3)2]＋]／ [Ag＋][NH3]2	1.7 × 107	25
   H2O(l) ⇌ H＋(aq)＋OH－(aq)	K＝[H＋][OH－]	1.0 × 10－14	25
   AgI(s) ⇌ Ag＋(aq)＋I－(aq)	K＝[Ag＋][I－]	8.3 × 10－17	25