平衡状態における平衡定数の求め方つまり計算式や単位はどうなっているのか？また一般的に可逆反応が化学平衡にあるときの法則とはどのようなものなのか見ておきましょう。質量作用の法則ともいわれる化学平衡の法則のことです。
平衡定数
可逆反応では、
正反応（左辺から右辺への反応）の速度を \(v_1\)、
逆反応（右辺から左辺への反応）の速度を \(v_2\)、
とすると、平衡状態では \(v_1=v_2\) となっています。
（見かけ上反応が止まって見える状態です。）
例えば、
\( \mathrm{H_2+I_2 \rightleftharpoons 2HI}\)
の反応速度式は
正反応 \(v_1=k_1\mathrm{[H_2][I_2]}\)
逆反応 \(v_2=k_2\mathrm{[HI]^2}\)
となるので \(v_1=v_2\) とすると
\( k_1\mathrm{[H_2][I_2]}=k_2\mathrm{[HI]^2}\)
ちょっと変形すると定数が分けられて、
\( \displaystyle \mathrm{\frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}}=\frac{k_1}{k_2}\)
ここで右辺は定数となるので一定で \(K\) と書き換えると
\( \displaystyle \mathrm{\frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}}=K\)
この \(K\) が「平衡定数」で、温度によって決まる定数です。
平衡定数は反応物を分母に、生成物を分子に書くことが国際的な約束となっています。
\( \mathrm{H_2+I_2 \rightleftharpoons 2HI}\)
と
\( \mathrm{2HI \rightleftharpoons H_2+I_2}\)
では分母、分子が逆になるので平衡定数も逆数となります。
反応速度式のところで説明していますが、
(参考記事）
⇒ 反応速度式と比例定数（反応速度定数）
反応速度定数 \(v_1\) や \(v_2\) は温度によって変わる定数なので、平衡定数も温度によって変わるというのは分かりますよね。
化学平衡の法則（質量作用の法則）
一定温度で平衡状態にある
\( a \mathrm{A}+b\mathrm{B} \rightleftharpoons c\mathrm{C}+d\mathrm{D}\)
の可逆反応の平衡定数は
\( \displaystyle K=\frac{[\mathrm {C}]^c[\mathrm {D}]^d}{[\mathrm {A}]^a[\mathrm {B}]^b}\)
という関係式で表されます。
これを「化学平衡の法則」、または「質量作用の法則」といいます。
平衡定数の単位は濃度１つひとつの単位が \(\mathrm{(mol/L)}\) なので、反応式の係数によって変わってきます。
\( \mathrm{H_2+I_2 \rightleftharpoons 2HI}\)
\( \displaystyle \mathrm{\frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}}=K\)
の場合は単位だけを見てみれば
\( \displaystyle \mathrm{\frac{(mo/L)^2}{(mol/L)(mol/L)}}=K\)
となるので左辺の係数の和が右辺の係数の和に等しいときは単位がなくなります。
この化学平衡の法則を利用すれば、平衡定数が分かっているとき反応物の濃度が分かっていれば平衡状態での生成物の濃度が求めることができることになります。
長くなるので平衡定数の計算問題は別にしておきます。
化学平衡とは何か、先ずはそこから復習しておいてください。
⇒ 可逆反応と不可逆反応および化学平衡
温度が一定なら平衡定数は変わりませんよ。モル濃度も忘れないようにしておきましょう。
⇒ 平衡定数の計算問題を解く時の手順と計算方法
パッと見るとちょっと戸惑うところです。
しかし、よく見てみればそれほど難しい訳ではなくて、数学が苦手でも理解できます。