☯️化学平衡计算器 - ICE 表、Kc 与 Kp 换算、勒夏特列原理
求平衡浓度的标准方法是 ICE 表(三段式):列出初始量 I、变化量 C 和平衡量 E,用反应进度 x 表示变化,代入平衡常数表达式解出 x。例如 448 °C 时 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) 的 Kc = 50.5,H₂ 和 I₂ 初始各 1.0 mol/L:平衡时 [H₂] = [I₂] = 1.0 − x,[HI] = 2x,由 (2x)² / (1 − x)² = 50.5 得 x ≈ 0.780,[HI] ≈ 1.561 mol/L,H₂ 转化率约 78%。本工具输入可逆反应后自动配平,写出 Kc 或 Kp 的表达式(纯固体、纯液体不计入),先由初始量算出反应商 Q 判断反应向哪个方向进行,再在使所有浓度非负的区间内用二分法精确解出 x——不依赖小 x 近似,K 极大或极小时也能算准;同时给出小 x 近似值并按 5% 规则判断它是否可用。还能按 Kp = Kc(RT)^Δn 在 Kc 与 Kp 之间换算(可选 atm 或 bar)。勒夏特列原理页根据各物质位置、气体分子数变化 Δn 和反应热 ΔH,列出增减物质、压缩或扩大体积、充入惰性气体、升降温度、加催化剂时平衡如何移动、K 是否改变,并可用范特霍夫方程计算另一温度下的 K。内置合成氨、碘化氢、N₂O₄ 分解、水煤气变换、PCl₅ 分解、SO₂ 氧化等教材例题。
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如何使用化学平衡 ICE 表
- 1输入可逆反应(可带状态符号)或点选示例,选择 Kc 或 Kp 并填写平衡常数和温度
- 2在 ICE 表中填写各物质的初始浓度或分压,查看 Q、移动方向、x、平衡浓度、转化率和 5% 近似检验
- 3切换到勒夏特列原理页,查看各种条件改变时平衡的移动方向,或用范特霍夫方程求其他温度下的 K
常见问题
- 什么时候可以用小 x 近似?
- 当 K 很小、反应只进行一点点时,可以把 0.10 − x 近似为 0.10 来简化计算。判断标准是 5% 规则:近似求得的 x 与初始浓度之比不超过 5%。例如 H₂ + I₂ ⇌ 2HI(Kc = 50.5)近似得到的 x 远超初始浓度,近似完全不成立。本工具总是给出精确解,同时显示近似值和消耗比例,方便对照作业答案。
- Kc 和 Kp 怎么换算?
- 对气相反应,Kp = Kc(RT)^Δn,其中 Δn 是气态生成物与气态反应物的计量数之差,R 取 0.08206 L·atm/(mol·K)(压强用 atm)或 0.08314 L·bar/(mol·K)(压强用 bar),T 为开尔文温度。Δn = 0 时两者相等,例如 H₂ + I₂ ⇌ 2HI。
- 为什么纯固体和纯液体不写进平衡常数表达式?
- 纯固体和纯液体的活度视为 1,它们的量多少不影响平衡位置,所以不出现在 K 的表达式里,加入或减少它们也不会使平衡移动。在工具中把物质状态设为 (s) 或 (l) 就会自动排除;溶液中作溶剂的水通常也写作 H₂O(l)。
- 升高温度为什么会改变 K,而改变浓度或压强不会?
- 平衡常数只与温度有关。按范特霍夫方程,吸热反应(ΔH > 0)升温时 K 增大、平衡正向移动,放热反应升温时 K 减小、平衡逆向移动。改变浓度或压强只改变反应商 Q,使 Q ≠ K,平衡随后移动到新的位置,但 K 本身不变;催化剂只加快达到平衡的速度。