化學平衡 / 子課題
平衡常數 (Kc)
Equilibrium Constant (Kc)
Kc 表達式、單位分析、僅隨溫度變化、從平衡濃度計算 Kc
核心考點 (Knowledge Groups)
1. Kc 的表達式及計算
考評提示：Kc = [生成物]^係數 / [反應物]^係數；僅與溫度有關
- 對於一般反應 aA + bB ⇌ cC + dD，Kc = [C]ᶜ[D]ᵈ / [A]ᵃ[B]ᵇ；所有濃度為平衡時的摩爾濃度 (mol/dm³)。
- Kc 的單位分析：由各項單位指數決定。例：N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃，Kc = [NH₃]² / [N₂][H₂]³，單位 = (mol/dm³)² / (mol/dm³)⁴ = dm⁶ mol⁻² 或 mol⁻² dm⁶。
- Kc 僅取決於溫度；改變濃度或壓強會使系統調節至新平衡但 Kc 值不變。改變溫度則 Kc 改變（放熱反應溫度升高 Kc 減小；吸熱反應溫度升高 Kc 增大）。
- Kc 值的意義：Kc >> 1 表示平衡偏向生成物；Kc << 1 表示平衡偏向反應物；Kc ≈ 1 表示兩者濃度相近。
2. 由實驗測定 Kc
考評提示：ICE 表格 + 平衡濃度代入公式求 Kc
- ICE 表格法 (Initial-Change-Equilibrium)：記錄各物種的初始濃度、變化量、平衡濃度；常以一未知變量 x 表示反應程度。
- 實驗方法：(1) 取樣後驟冷（降溫減慢反應以「凍結」平衡）；(2) 用滴定分析一種物種的濃度；(3) 根據化學計量計算其他物種的平衡濃度；(4) 代入 Kc 公式。
- 經典實驗：測定酯化反應 CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ 酯 + H₂O 的 Kc，用已知量的酸醇混合、達平衡後以標準鹼滴定剩餘 CH₃COOH。
常見題型 · scoring points
寫出 N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) 的 Kc 表達式及單位
- Kc = [NH₃]² / ([N₂][H₂]³)；所有濃度為平衡時的摩爾濃度。
- 單位分析：分子 (mol/dm³)²、分母 (mol/dm³)¹⁺³ = (mol/dm³)⁴。
- 整體單位：(mol/dm³)² / (mol/dm³)⁴ = (mol/dm³)⁻² = dm⁶ mol⁻²。
- 此表達式適用於氣相均相平衡；固體和純液體的濃度視為常數，不列入 Kc 表達式。
計算 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) 的 Kc [平衡濃度：SO₂ 0.20, O₂ 0.10, SO₃ 0.80 mol/dm³]
- Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂])。
- 代入：Kc = (0.80)² / ((0.20)² × 0.10) = 0.64 / (0.04 × 0.10) = 0.64 / 0.004 = 160。
- 單位：(mol/dm³)² / (mol/dm³)²⁺¹ = (mol/dm³)⁻¹ = dm³ mol⁻¹。
- 結論：Kc = 160 dm³ mol⁻¹；Kc >> 1 顯示平衡偏向生成物 SO₃。
利用 ICE 表格計算 H₂ + I₂ ⇌ 2HI 的 Kc [起始 H₂ 1.0 mol, I₂ 1.0 mol 於 1 dm³, 平衡時 HI = 1.56 mol]
- ICE 表：I：[H₂]=1.0, [I₂]=1.0, [HI]=0；C：−x, −x, +2x；E：1.0−x, 1.0−x, 2x。
- 由平衡時 [HI] = 2x = 1.56 → x = 0.78。
- 平衡濃度：[H₂] = [I₂] = 1.0 − 0.78 = 0.22 mol/dm³；[HI] = 1.56 mol/dm³。
- Kc = [HI]² / ([H₂][I₂]) = (1.56)² / (0.22 × 0.22) = 2.43 / 0.0484 ≈ 50.3（無單位，因為指數抵消）。
設計實驗測定酯化反應 CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O 的 Kc
- 步驟 1：於密封瓶中混合已知摩爾量的 CH₃COOH 及 C₂H₅OH，加入少量濃 H₂SO₄ 為催化劑；置於恆溫槽使達平衡（通常 1 週）。
- 步驟 2：取出混合物立即以冰水驟冷以凍結平衡；用標準 NaOH 溶液滴定剩餘 CH₃COOH（扣除 H₂SO₄ 的空白值）。
- 步驟 3：由 CH₃COOH 的消耗量利用化學計量算出酯和水的生成量及醇剩餘量。
- 步驟 4：代入 Kc = [酯][H₂O] / ([CH₃COOH][C₂H₅OH]) 計算；預期值 Kc ≈ 4（無單位）。
依據 Kc 值大小判斷反應平衡位置：(a) Kc = 1 × 10⁻¹⁰ (b) Kc = 1 × 10¹⁰ (c) Kc = 2
- (a) Kc = 1 × 10⁻¹⁰（極小）：表示 [生成物] << [反應物]；平衡強烈偏向反應物，反應幾乎不進行。
- (b) Kc = 1 × 10¹⁰（極大）：表示 [生成物] >> [反應物]；平衡強烈偏向生成物，反應近乎完全進行。
- (c) Kc ≈ 2（接近 1）：表示反應物與生成物濃度相近，兩者共存顯著。
- 應用：Kc 值只表示平衡位置，並不告訴反應速率。
解釋加入催化劑對 Kc 值無影響
- 催化劑降低正向及逆向反應的活化能，兩者降低相同幅度。
- 正、逆反應速率常數 k(正) 和 k(逆) 均以相同比例增大。
- 因 Kc = k(正) / k(逆)，比值不變，故 Kc 不變。
- 效果：催化劑加速系統達至平衡，但不改變平衡位置或產物產量。
計算涉及水的反應 Kc ——若 CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ 於 1 dm³ 容器中達平衡 [平衡濃度：CO 0.30, H₂O 0.30, CO₂ 1.20, H₂ 1.20 mol/dm³]
- Kc = [CO₂][H₂] / ([CO][H₂O])。
- 代入：Kc = (1.20 × 1.20) / (0.30 × 0.30) = 1.44 / 0.09 = 16。
- 單位：(mol/dm³)² / (mol/dm³)² = 無單位（各次方相等）。
- 結論：Kc = 16（無單位），平衡偏向生成物側；此反應常用於工業上水煤氣轉化製備 H₂。
化學平衡 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
