质量作用定律

质量作用定律是由Cato Guldberg 和 Peter Wage 于 1864 年提出的。该定律指出，在给定温度和时间下，化学反应的速率与反应物的活质量的乘积成正比，或者与反应物摩尔浓度的乘积成正比，每个反应物的摩尔浓度都以平衡化学方程式中出现的相应化学计量系数为幂。

活质量是参与化学反应的反应物的质量。它表示为物质的摩尔浓度，以单位体积表示。单位为 mol dm^-3。

质量作用定律适用于所有不可逆反应。在开放容器中进行的化学反应或形成沉淀的化学反应是不可逆的化学反应。在可逆反应中，质量作用定律既适用于正向反应，也适用于逆向反应。

质量作用定律的数学表达式

让我们举一个化学反应，其中 A 和 B 相互反应

A + B → 产物

现在，根据质量作用定律，反应速率“R”如下所示；

R ∝ A B

对于一般反应，例如 aA + bB → 产物，根据质量作用定律，反应速率如下；

aA + bB → 产物

R ∝ A^a B^b

如何推导质量作用定律

让我们考虑一个处于平衡状态的可逆反应，如下所示；

aA + bB ⇌ cC + dD

现在，根据质量作用定律，正向反应将与 A 和 B 的活质量浓度成正比

R_f ∝ [A]^a [B]^b

或

R_f = K_f [A]^a [B]^b，其中 K_f 是正向反应的速率常数

同样，逆向反应速率如下所示；

R^b ∝ [C]^c [D]^d

或

R^b= K_b[C]^c [D]^d，其中 R^b 是逆向反应的速率常数

现在，由于该反应处于平衡状态，因此正向和逆向反应以相同的速度进行。

因此，R_f = R_b

或

K_f [A]^a [B]^b = K_b[C]^c [D]^d

因此，K_f / K_b = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b

或者，K_c = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b，其中 K_c 称为平衡常数。

因此，我们可以说在质量作用定律方程式中，Kc（平衡常数）是指产物浓度乘积与反应物浓度乘积的比率，在平衡状态下，其浓度以平衡化学方程式中的化学计量系数为幂。

用分压表示的平衡常数或气体反应

什么是分压？

当一种气体在气体混合物中单独占据相同体积时所施加的压力称为分压。气体混合物中的每种气体都施加压力。气体混合物施加的总压力是所有气体组分的分压之和。

让我们举一个化学反应的例子，其中反应物（A 和 B）是气体或处于气态，产物（C 和 D）也处于气态，并给出了反应物和产物的分压。这里，我们没有摩尔浓度，所以，我们可以根据分压计算平衡，如下所述；

a A + b B ⇌ c C + d D

我们无法在此处确定 Kc（平衡常数），因为我们没有摩尔浓度。因此，此处，平衡常数变为 Kp，其中 p 代表分压。

现在，Kp = [P^C]^c [p^D]^d / [p^A]^a [p^B]^b

其中，P^C、P^D、P^A 和 P^B 分别是 C、D、A 和 B 的分压。

浓度商

它指的是在给定温度下，产物的平衡浓度乘积与反应物的平衡浓度乘积的比率，并且每个浓度项都以与平衡化学方程式中相应反应物或产物的化学计量系数相等的幂表示。它用 Qc 表示，也称为浓度比。

在平衡状态下，浓度商等于平衡常数 Kc。

当给定反应物和产物的浓度或分压时，浓度商在预测净反应进行的速率方面起着重要作用。

例如：

如果 Qc > Kc，则发生逆向反应，向反应物方向进行。

如果 Qc < Kc，则发生正向反应，向产物方向进行。

如果 Qc = Kc，则反应处于平衡状态，没有发生净反应，因为正向反应的速率与逆向反应的速率相同。