Розрахуйте константу рівноваги (K) для будь-якої хімічної реакції, ввівши концентрації реагентів і продуктів. Ідеально підходить для студентів, викладачів та дослідників у галузі хімії.
Формула
Константа рівноваги (K)
1.0000
Константа рівноваги (K): K = 1.0000
Константа рівноваги (K) є фундаментальним поняттям у хімії, яке кількісно визначає баланс між реагентами та продуктами в зворотній хімічній реакції в стані рівноваги. Цей Калькулятор константи рівноваги надає простий, точний спосіб визначити константу рівноваги для будь-якої хімічної реакції, коли ви знаєте концентрації реагентів та продуктів на рівновазі. Чи ви студент, який вивчає хімічну рівновагу, вчитель, який демонструє принципи рівноваги, чи дослідник, що аналізує динаміку реакцій, цей калькулятор пропонує просте рішення для обчислення констант рівноваги без складних ручних розрахунків.
Хімічна рівновага представляє стан, коли швидкості прямих і зворотних реакцій рівні, в результаті чого немає чистої зміни в концентраціях реагентів і продуктів з плином часу. Константа рівноваги надає кількісну міру положення цієї рівноваги — велике значення K вказує на те, що реакція переважно сприяє утворенню продуктів, тоді як мале значення K свідчить про те, що на рівновазі переважають реагенти.
Наш калькулятор обробляє реакції з кількома реагентами та продуктами, дозволяючи вам вводити значення концентрації та стехіометричні коефіцієнти, щоб миттєво отримувати точні значення константи рівноваги. Результати представлені в зрозумілому, легкому для сприйняття форматі, що робить складні обчислення рівноваги доступними для всіх.
Константа рівноваги (K) для загальної хімічної реакції обчислюється за допомогою наступної формули:
Для хімічної реакції, що представляється як:
Де:
Константа рівноваги обчислюється як:
Де:
Одиниці: Константа рівноваги зазвичай безрозмірна, коли всі концентрації виражені в молях/л (для Kc) або коли часткові тиски в атмосферах (для Kp).
Чисті тверді речовини та рідини: Чисті тверді речовини та рідини не включаються в вираз константи рівноваги, оскільки їх концентрації залишаються постійними.
Температурна залежність: Константа рівноваги змінюється з температурою відповідно до рівняння ван 'т Гоффа. Наш калькулятор надає значення K при певній температурі.
Діапазон концентрацій: Калькулятор обробляє широкий діапазон значень концентрацій, від дуже малих (10^-6 моль/л) до дуже великих (10^6 моль/л), відображаючи результати в науковій нотації, коли це доречно.
Обчислення константи рівноваги складається з цих математичних кроків:
Визначте реагенти та продукти: Визначте, які види є реагентами, а які продуктами в збалансованому хімічному рівнянні.
Визначте коефіцієнти: Визначте стехіометричний коефіцієнт для кожного виду з збалансованого рівняння.
Підніміть концентрації до степенів: Підніміть кожну концентрацію до степеня її коефіцієнта.
Помножте концентрації продуктів: Помножте всі терміни концентрації продуктів (підняті до відповідних степенів).
Помножте концентрації реагентів: Помножте всі терміни концентрації реагентів (підняті до відповідних степенів).
Поділіть продукти на реагенти: Поділіть добуток концентрацій продуктів на добуток концентрацій реагентів.
Наприклад, для реакції N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃:
Якщо [NH₃] = 0.25 моль/л, [N₂] = 0.11 моль/л, і [H₂] = 0.03 моль/л:
Це велике значення K вказує на те, що реакція сильно сприяє утворенню аміаку на рівновазі.
Наш калькулятор спрощує процес визначення констант рівноваги. Дотримуйтесь цих кроків, щоб ефективно його використовувати:
Спочатку виберіть кількість реагентів і продуктів у вашій хімічній реакції, використовуючи випадаючі меню. Калькулятор підтримує реакції з до 5 реагентами та 5 продуктами, що охоплює більшість звичайних хімічних реакцій.
Для кожного реагенту та продукту введіть:
Переконайтеся, що всі значення концентрацій є позитивними числами. Калькулятор відобразить повідомлення про помилку, якщо будуть введені негативні або нульові значення.
Константа рівноваги (K) автоматично обчислюється, коли ви вводите значення. Результат відображається помітно в розділі "Результат".
Для дуже великих або дуже малих значень K калькулятор відображає результат у науковій нотації для ясності (наприклад, 1.234 × 10^5 замість 123400).
Якщо вам потрібно використовувати обчислене значення K деінде, натисніть кнопку "Копіювати", щоб скопіювати результат у буфер обміну.
Ви можете змінити будь-яке вхідне значення, щоб миттєво перерахувати константу рівноваги. Ця функція корисна для:
Для реакції: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
Дано:
Обчислення:
Для реакції: 2NO₂ ⇌ N₂O₄
Дано:
Обчислення:
Для реакції: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Дано:
Обчислення:
Константа рівноваги є потужним інструментом у хімії з численними застосуваннями:
Порівнюючи реакційний коефіцієнт (Q) з константою рівноваги (K), хіміки можуть прогнозувати, чи буде реакція йти в бік продуктів або реагентів:
У промислових процесах, таких як процес Габера для виробництва аміаку, розуміння констант рівноваги допомагає оптимізувати умови реакції для максимізації виходу.
Дизайнери ліків використовують константи рівноваги, щоб зрозуміти, як ліки зв'язуються з рецепторами, і оптимізувати формулювання ліків.
Константи рівноваги допомагають прогнозувати поведінку забруднювачів у природних системах, включаючи їх розподіл між водою, повітрям і ґрунтовими фазами.
У біохімії константи рівноваги описують взаємодії ферментів і субстратів, а також динаміку метаболічних шляхів.
Константи рівноваги є суттєвими для розуміння титрацій кислот і основ, розчинності та утворення комплексів.
Хоча константа рівноваги широко використовується, кілька пов'язаних понять надають альтернативні способи аналізу хімічної рівноваги:
Зв'язок між K і ΔG задається рівнянням:
Де:
Реакційний коефіцієнт має таку ж форму, як K, але використовує не рівноважні концентрації. Він допомагає визначити, в якому напрямку реакція буде йти, щоб досягти рівноваги.
Концепція хімічної рівноваги та константи рівноваги значно еволюціонувала за останні два століття:
Основи хімічної рівноваги були закладені Клодом Луї Бертоле в 1803 році, коли він спостерігав, що хімічні реакції можуть бути зворотними. Він зазначив, що напрямок хімічних реакцій залежить не лише від реакційності речовин, але й від їх кількостей.
Норвезькі вчені Като Максиміліан Гульдберг і Петер Вааге сформулювали Закон масової дії в 1864 році, який математично описував хімічну рівновагу. Вони запропонували, що швидкість хімічної реакції пропорційна добутку концентрацій реагентів, кожна піднята до степеня своїх стехіометричних коефіцієнтів.
Дж. Віллард Гіббс і Якубус Генрікус ван 'т Гофф розвинули термодинамічну основу хімічної рівноваги в кінці 19 століття. Робота ван 'т Гоффа щодо температурної залежності констант рівноваги (рівняння ван 'т Гоффа) була особливо значущою.
20 століття стало свідком інтеграції констант рівноваги з статистичною механікою та квантовою механікою, що надало глибше розуміння того, чому існують хімічні рівноваги та як вони пов'язані з молекулярними властивостями.
Сьогодні обчислювальна хімія дозволяє прогнозувати константи рівноваги з перших принципів, використовуючи квантово-механічні розрахунки для визначення енергетики реакцій.
Константа рівноваги (K) — це числове значення, яке виражає взаємозв'язок між продуктами та реагентами на хімічній рівновазі. Вона вказує на те, в якій мірі хімічна реакція йде до завершення. Велике значення K (K > 1) вказує на те, що продукти переважають на рівновазі, тоді як мале значення K (K < 1) свідчить про те, що переважають реагенти.
Температура значно впливає на константу рівноваги відповідно до принципу Ле Шательє. Для екзотермічних реакцій (які вивільняють тепло) K зменшується з підвищенням температури. Для ендотермічних реакцій (які поглинають тепло) K збільшується з підвищенням температури. Це співвідношення кількісно описується рівнянням ван 'т Гоффа.
В строгих термодинамічних термінах константи рівноваги безрозмірні. Однак, працюючи з концентраціями, константа рівноваги може здаватися, що має одиниці. Ці одиниці скасовуються, коли всі концентрації виражені в стандартних одиницях (зазвичай моль/л для Kc) і коли реакція збалансована.
Чисті тверді речовини та рідини виключаються з виразів константи рівноваги, оскільки їх концентрації (точніше, їх активності) залишаються постійними, незалежно від того, скільки їх присутнє. Це тому, що концентрація чистої речовини визначається її густиною та молярною масою, які є фіксованими властивостями.
Kc — це константа рівноваги, виражена в термінах молярних концентрацій (моль/л), тоді як Kp виражена в термінах часткових тисків (зазвичай в атмосферах або барах). Для газоподібних реакцій вони пов'язані рівнянням: Kp = Kc(RT)^Δn, де Δn — зміна кількості молів газу від реагентів до продуктів.
Константи рівноваги зазвичай коливаються від дуже малих (10^-50) до дуже великих (10^50) залежно від реакції. Розумне значення K повинно бути узгодженим з експериментальними спостереженнями реакції. Для добре вивчених реакцій ви можете порівняти своє обчислене значення з літературними значеннями.
Ні, константи рівноваги не можуть бути негативними. Оскільки K представляє собою відношення концентрацій, піднятих до степенів, вона завжди повинна бути позитивною. Негативне K порушить фундаментальні принципи термодинаміки.
Для реакцій, що включають лише конденсовані фази (рідини та тверді речовини), тиск має незначний вплив на константу рівноваги. Для реакцій, що включають гази, константа рівноваги Kc (на основі концентрацій) не підлягає змінам під впливом тиску, але положення рівноваги може змінюватися відповідно до принципу Ле Шательє.
Коли реакція перевертається, нова константа рівноваги (K') є оберненою до початкової константи рівноваги: K' = 1/K. Це відображає той факт, що те, що було продуктами, тепер є реагентами, і навпаки.
Каталізатори не впливають на константу рівноваги або положення рівноваги. Вони лише збільшують швидкість, з якою досягається рівновага, знижуючи енергію активації як для прямих, так і для зворотних реакцій в однаковій мірі.
1def calculate_equilibrium_constant(reactants, products):
2 """
3 Calculate the equilibrium constant for a chemical reaction.
4
5 Parameters:
6 reactants -- list of tuples (concentration, coefficient)
7 products -- list of tuples (concentration, coefficient)
8
9 Returns:
10 float -- the equilibrium constant K
11 """
12 numerator = 1.0
13 denominator = 1.0
14
15 # Calculate product of [Products]^coefficients
16 for concentration, coefficient in products:
17 numerator *= concentration ** coefficient
18
19 # Calculate product of [Reactants]^coefficients
20 for concentration, coefficient in reactants:
21 denominator *= concentration ** coefficient
22
23 # K = [Products]^coefficients / [Reactants]^coefficients
24 return numerator / denominator
25
26# Example: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
27reactants = [(0.1, 1), (0.2, 3)] # [(N₂ concentration, coefficient), (H₂ concentration, coefficient)]
28products = [(0.3, 2)] # [(NH₃ concentration, coefficient)]
29
30K = calculate_equilibrium_constant(reactants, products)
31print(f"Equilibrium Constant (K): {K:.4f}")
321function calculateEquilibriumConstant(reactants, products) {
2 /**
3 * Calculate the equilibrium constant for a chemical reaction.
4 *
5 * @param {Array} reactants - Array of [concentration, coefficient] pairs
6 * @param {Array} products - Array of [concentration, coefficient] pairs
7 * @return {Number} The equilibrium constant K
8 */
9 let numerator = 1.0;
10 let denominator = 1.0;
11
12 // Calculate product of [Products]^coefficients
13 for (const [concentration, coefficient] of products) {
14 numerator *= Math.pow(concentration, coefficient);
15 }
16
17 // Calculate product of [Reactants]^coefficients
18 for (const [concentration, coefficient] of reactants) {
19 denominator *= Math.pow(concentration, coefficient);
20 }
21
22 // K = [Products]^coefficients / [Reactants]^coefficients
23 return numerator / denominator;
24}
25
26// Example: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
27const reactants = [[0.2, 1], [0.1, 1]]; // [[H₂ concentration, coefficient], [I₂ concentration, coefficient]]
28const products = [[0.4, 2]]; // [[HI concentration, coefficient]]
29
30const K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
31console.log(`Equilibrium Constant (K): ${K.toFixed(4)}`);
321' Excel VBA Function for Equilibrium Constant Calculation
2Function EquilibriumConstant(reactantConc As Range, reactantCoef As Range, productConc As Range, productCoef As Range) As Double
3 Dim numerator As Double
4 Dim denominator As Double
5 Dim i As Integer
6
7 numerator = 1
8 denominator = 1
9
10 ' Calculate product of [Products]^coefficients
11 For i = 1 To productConc.Count
12 numerator = numerator * (productConc(i) ^ productCoef(i))
13 Next i
14
15 ' Calculate product of [Reactants]^coefficients
16 For i = 1 To reactantConc.Count
17 denominator = denominator * (reactantConc(i) ^ reactantCoef(i))
18 Next i
19
20 ' K = [Products]^coefficients / [Reactants]^coefficients
21 EquilibriumConstant = numerator / denominator
22End Function
23
24' Usage in Excel:
25' =EquilibriumConstant(A1:A2, B1:B2, C1, D1)
26' Where A1:A2 contain reactant concentrations, B1:B2 contain reactant coefficients,
27' C1 contains product concentration, and D1 contains product coefficient
281public class EquilibriumConstantCalculator {
2 /**
3 * Calculate the equilibrium constant for a chemical reaction.
4 *
5 * @param reactants Array of [concentration, coefficient] pairs
6 * @param products Array of [concentration, coefficient] pairs
7 * @return The equilibrium constant K
8 */
9 public static double calculateEquilibriumConstant(double[][] reactants, double[][] products) {
10 double numerator = 1.0;
11 double denominator = 1.0;
12
13 // Calculate product of [Products]^coefficients
14 for (double[] product : products) {
15 double concentration = product[0];
16 double coefficient = product[1];
17 numerator *= Math.pow(concentration, coefficient);
18 }
19
20 // Calculate product of [Reactants]^coefficients
21 for (double[] reactant : reactants) {
22 double concentration = reactant[0];
23 double coefficient = reactant[1];
24 denominator *= Math.pow(concentration, coefficient);
25 }
26
27 // K = [Products]^coefficients / [Reactants]^coefficients
28 return numerator / denominator;
29 }
30
31 public static void main(String[] args) {
32 // Example: 2NO₂ ⇌ N₂O₄
33 double[][] reactants = {{0.04, 2}}; // {{NO₂ concentration, coefficient}}
34 double[][] products = {{0.16, 1}}; // {{N₂O₄ concentration, coefficient}}
35
36 double K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
37 System.out.printf("Equilibrium Constant (K): %.4f%n", K);
38 }
39}
401#include <iostream>
2#include <vector>
3#include <cmath>
4
5/**
6 * Calculate the equilibrium constant for a chemical reaction.
7 *
8 * @param reactants Vector of (concentration, coefficient) pairs
9 * @param products Vector of (concentration, coefficient) pairs
10 * @return The equilibrium constant K
11 */
12double calculateEquilibriumConstant(
13 const std::vector<std::pair<double, double>>& reactants,
14 const std::vector<std::pair<double, double>>& products) {
15
16 double numerator = 1.0;
17 double denominator = 1.0;
18
19 // Calculate product of [Products]^coefficients
20 for (const auto& product : products) {
21 double concentration = product.first;
22 double coefficient = product.second;
23 numerator *= std::pow(concentration, coefficient);
24 }
25
26 // Calculate product of [Reactants]^coefficients
27 for (const auto& reactant : reactants) {
28 double concentration = reactant.first;
29 double coefficient = reactant.second;
30 denominator *= std::pow(concentration, coefficient);
31 }
32
33 // K = [Products]^coefficients / [Reactants]^coefficients
34 return numerator / denominator;
35}
36
37int main() {
38 // Example: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
39 std::vector<std::pair<double, double>> reactants = {
40 {0.1, 1}, // {N₂ concentration, coefficient}
41 {0.2, 3} // {H₂ concentration, coefficient}
42 };
43
44 std::vector<std::pair<double, double>> products = {
45 {0.3, 2} // {NH₃ concentration, coefficient}
46 };
47
48 double K = calculateEquilibriumConstant(reactants, products);
49 std::cout << "Equilibrium Constant (K): " << K << std::endl;
50
51 return 0;
52}
53Atkins, P. W., & De Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill Education.
Silberberg, M. S., & Amateis, P. (2018). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (8th ed.). McGraw-Hill Education.
Laidler, K. J., & Meiser, J. H. (1982). Physical Chemistry. Benjamin/Cummings Publishing Company.
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2016). General Chemistry: Principles and Modern Applications (11th ed.). Pearson.
Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2013). Chemistry (9th ed.). Cengage Learning.
Guldberg, C. M., & Waage, P. (1864). "Studies Concerning Affinity" (Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania).
Van't Hoff, J. H. (1884). Études de dynamique chimique (Studies in Chemical Dynamics).
Наш калькулятор константи рівноваги робить складні обчислення хімічної рівноваги простими та доступними. Чи ви студент, що працює над домашнім завданням з хімії, вчитель, який готує навчальні матеріали, чи дослідник, що аналізує динаміку реакцій, наш калькулятор надає точні результати миттєво.
Просто введіть свої значення концентрацій та стехіометричні коефіцієнти, і нехай наш калькулятор зробить решту. Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс та чіткі результати роблять розуміння хімічної рівноваги легшим, ніж коли-небудь.
Почніть використовувати наш калькулятор константи рівноваги зараз, щоб заощадити час та отримати глибше розуміння ваших хімічних реакцій!
Відкрийте більше інструментів, які можуть бути корисними для вашого робочого процесу