反應商計算器

依活性與化學計量係數,計算一般可逆反應的反應商 Q。

反應商方程式
對於 aA + bB ⇌ cC + dD,輸入各係數與物種活性。

關於反應商

反應商以 Q 表示,用來描述反應系統在某個瞬間的組成。它與平衡常數具有相同的數學形式,但不論反應是否達到平衡,都能在任何時刻計算。比較 Q 與平衡常數 K,可預測系統為趨近平衡而移動的方向。若 Q 小於 K,正向反應較有利;若 Q 大於 K,逆向反應較有利;若兩者相等,系統即處於平衡。 對於一般反應 aA + bB ⇌ cC + dD,計算器使用 Q = (C 的活性的 c 次方 × D 的活性的 d 次方) 除以 (A 的活性的 a 次方 × B 的活性的 b 次方)。化學計量係數成為指數,產物置於分子,反應物置於分母。模型只有一種反應物或產物時,可將未使用項目的係數設為零,使對應活性項的乘數為一。 從熱力學觀點來看,反應商應使用活性,而非直接使用濃度。活性是以標準態為基準的無因次有效濃度。在稀溶液中,常以莫耳濃度作為實用近似。氣體通常使用分壓除以標準壓力。純固體與純液體的活性等於一,因此應從表達式省略,或在此四物種計算器中將對應係數設為零。 Q 的形式取決於所用資料。Qc 採用濃度形式的項,Qp 則採用氣體分壓。反應前後氣體總莫耳數改變時,兩者雖有關聯,卻通常不相等。務必將反應商與同一溫度下、形式相符的平衡常數比較。平衡常數隨溫度改變,而混合物組成改變時,Q 也會改變。 此計算器適合課本平衡練習、實驗室混合物核算與快速預測反應方向。請先平衡化學反應式,因為錯誤的係數會改變指數,並可能大幅改變 Q。使用一致的標準態比值,只納入平衡表達式應包含的物種,並保留足夠有效位數以供比較。單靠數值結果無法判定方向,還必須與適當的 K 值比較。

反應商範例

各範例將活性代入已平衡反應的表達式。

反應數值反應商計算說明
a=1, A=2; b=3, B=1; c=2, C=4; d=0Q = 8分子為 4 的平方,分母為 2 乘以 1 的立方。
a=2, A=0.5; b=1, B=2; c=1, C=3; d=2, D=0.5Q = 1.5產物項為 3 乘以 0.5 的平方;反應物項為 0.5 的平方乘以 2。
a=1, A=0.2; b=1, B=0.4; c=1, C=0.8; d=1, D=0.5Q = 5產物活性乘積 0.4 除以反應物活性乘積 0.08,得到五。

如何計算 Q

  1. 平衡可逆化學反應式,並確認反應物與產物。
  2. 輸入各反應物的係數與活性。
  3. 輸入各產物的係數與活性,未使用物種的係數設為零。
  4. 選取「計算反應商」以計算表達式。
  5. 將 Q 與對應平衡常數比較,預測有利的反應方向。

反應商常見問題

Q 與 K 有何不同?

Q 描述混合物在任意時刻的狀態,K 則是該表達式在平衡時的值。對指定反應與溫度,兩者的代數形式相同。

Q 如何預測反應方向?

Q 小於 K 時,淨反應朝產物方向進行,使 Q 增加;Q 大於 K 時,淨反應朝反應物方向進行,使 Q 減少。

應納入純固體與純液體嗎?

純固體與純液體的活性為一,因此在反應商中省略。在此計算器中,請將未使用項目的係數設為零、活性設為一。

可以輸入濃度代替活性嗎?

對足夠稀的理想溶液,濃度可作為實用的活性近似。精確熱力學計算應使用經非理想行為修正的無因次活性。

為何係數用作指數?

指數來自反應的化學計量關係與質量作用表達式。改變平衡係數就改變了定義的反應,因此 Q 與 K 都會改變。