化学平衡と平衡定数
可逆反応では、正反応と逆反応の速度が等しくなり化学平衡に達します。このときの濃度の関係を表すのが平衡定数です。
基本知識
反応 aA + bB ⇌ cC + dD の平衡定数: Kc = [C]c[D]d / ([A]a[B]b)。気体反応では分圧表記の Kp = (PCc·PDd) / (PAa·PBb) も用い、Kp=Kc(RT)Δnの関係があります。
平衡定数Kは温度のみに依存し、濃度・圧力・触媒では変わりません。K≫1で生成物優位、K≪1で反応物優位、K≒1で中間的平衡となります。
純液体・純固体は活量1として平衡定数式に含めません(例: CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g) では K=PCO2のみ)。
📘 重要用語・公式
化学平衡（正逆の速度が等しい動的平衡）
平衡定数 Kc（濃度表記、温度依存）
Kp（分圧表記、Kp=Kc(RT)Δn）
純固体・純液体（活量1で省略）
ΔG°=-RTln K（自由エネルギーと平衡定数）
反応商 Q（任意時点の濃度比。Q
化学平衡（正逆の速度が等しい動的平衡）
平衡定数 Kc（濃度表記、温度依存）
Kp（分圧表記、Kp=Kc(RT)Δn）
純固体・純液体（活量1で省略）
ΔG°=-RTln K（自由エネルギーと平衡定数）
反応商 Q（任意時点の濃度比。Q
深掘り (原理・応用)
平衡定数は熱力学のギブズ自由エネルギーと ΔG° = -RT ln K の関係で結ばれます。K=1のときΔG°=0、K>1で発熱的(ΔG°<0)、K<1で逆。
合成アンモニア・水性ガス平衡(CO+H2O⇌CO2+H2)・エステル化平衡など、産業反応の最適条件設計は平衡計算が基礎です。反応商 Q と K の大小比較で正逆どちらに進むかが分かります(Q
💡 ポイント
- 動的平衡=正逆速度が等しい
- K=温度のみに依存
- K≫1: 生成物優位
- 純固体・純液体は省略
- Kp=Kc(RT)Δn
- ΔG°=-RT ln K
- 反応商Q
注意点 (混同しやすい・頻出ミス)
① 平衡定数は温度でしか変わらない(濃度・圧力・触媒では不変)。② 純固体・純液体は K の式に入れない。③ K の単位は次数次第で[mol/L]Δnになり一般に無次元ではない(便宜上無次元として扱うこともある)。④ Kp計算では圧力単位を統一。
練習
- N2+3H2⇌2NH3の平衡定数Kcを式で書け。
- CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)の平衡定数Kpを式で書け。
- 反応開始時 Q=0.5, 平衡定数 K=2.0 のとき、正逆どちらに反応が進むか。