AHL: 反应商

IB 化学 HL· 30 分钟阅读

1. 反应商的定义与表达式★★☆☆☆⏱ 15 min

📘 定义

反应商

$Q$ , or $Q_{c}$ for concentration, $Q_{p}$ for partial pressure

一个无量纲物理量，描述可逆反应任意给定时刻（无论是否达到平衡）生成物与反应物浓度（或分压）的比值。

例:

对于通用反应 $a A + b B ⇌ c C + d D$ ， $Q_{c} = \frac{[ C ] ^{c} [ D ] ^{d}}{[ A ] ^{a} [ B ] ^{b}}$ 其中 $[X]$ = $X$ 在时刻 $t$ 的浓度。

反应商的形式与平衡常数 $K_{c}$ 完全相同。唯一的根本区别是， $K_{c}$ 仅由平衡时的浓度计算得到，而 $Q$ 可以在反应进行的任意时刻计算。

📐 例题

写出可逆反应 $2 S O_{2 (g)} + O_{2 (g)} ⇌ 2 S O_{3 (g)}$ 的反应商表达式 $Q_{c}$

1
回忆 $Q_{c}$ 的通用形式：
2
$Q_c = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$
3
指数等于各物质的化学计量系数，生成物在分子，反应物在分母。
4
代入给定反应的物质和系数：
5
$Q_c = \frac{[SO_3]^2}{[SO_2]^2[O_2]}$

Exam tip:

务必让指数与配平后方程式的化学计量系数匹配，不要默认所有指数都为1。

2. $Q$与$K$比较预测反应方向★★★☆☆⏱ 20 min

反应商的主要用途是预测反应向哪个方向进行以达到平衡。通过将计算得到的 $Q$ 与相同温度下已知的平衡常数 $K$ 比较，我们可以得到三种明确结果：

如果 $Q < K$ ：生成物浓度项太小。反应正向进行，生成更多生成物， $Q$ 增大直到 $Q = K$ 。
如果 $Q > K$ ：生成物浓度项太大。反应逆向进行，生成更多反应物， $Q$ 减小直到 $Q = K$ 。
如果 $Q = K$ ：反应已达到平衡，浓度无净变化。

📐 例题

对于反应 $N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) ⇌ 2 N H_{3} (g)$ ，450°C下 $K_{c} = 0.064$ 。某反应混合物中 $[N_{2}] = 1.00$ M， $[H_{2}] = 0.50$ M， $[N H_{3}] = 0.25$ M。计算 $Q_{c}$ 并预测反应方向。

1
根据配平方程式写出正确的 $Q_{c}$ 表达式：
2
$Q_c = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}$
3
将给定浓度值代入表达式：
4
$Q_c = \frac{(0.25)^2}{(1.00)(0.50)^3} = \frac{0.0625}{0.125} = 0.5$
5
比较 $Q_{c}$ 和 $K_{c}$ ： $0.5 > 0.064$ ，因此 $Q_{c} > K_{c}$ 。当 $Q > K$ 时，反应逆向进行，生成更多反应物。

Exam tip:

反复检查指数计算，微小的计算错误就会反转你的预测结果。

3. $Q$与平衡的扰动★★★☆☆HL 专属⏱ 15 min

当平衡体系被浓度、压强或体积变化（恒温下）扰动时， $Q$ 的值会立即改变，而 $K$ 保持不变。将新的 $Q$ 与原 $K$ 比较，可以验证勒夏特列原理预测的移动方向。

📐 例题

反应 $H_{2} (g) + I_{2} (g) ⇌ 2 H I (g)$ 处于平衡状态，因此 $Q = K_{c}$ 。恒温下向容器中加入额外的 $H_{2}$ 。用 $Q$ 预测平衡移动方向。

1
原平衡状态：
2
$Q_{original} = \frac{[HI]^2}{[H_2]_{original}[I_2]} = K_c$
3
加入 $H_{2}$ 后， $[H_{2}]$ 立即增大，因此 $Q$ 的分母变大：
4
$Q_{new} = \frac{[HI]^2}{[H_2]_{new}[I_2]}$
5
分母变大意味着 $Q_{n e w} < K_{c}$ 。温度不变，因此 $K_{c}$ 不变。由于 $Q < K$ ，反应正向移动生成更多 $H I$ ，与勒夏特列的预测一致。

4. 常见陷阱

错误做法:

声称 $Q > K$ 时反应正向进行， $Q < K$ 时逆向进行。

原因:

混淆了哪个项过大： $Q > K$ 意味着生成物浓度过高，而非过低。

正确做法:

$Q < K$ → 正向方向； $Q > K$ → 逆向方向。

错误做法:

使用速率定律的实验指数，而非化学计量系数计算 $Q$ 。

原因:

混淆了速率定律和平衡表达式的形式。

正确做法:

$Q$ 的指数始终与配平方程式的化学计量系数匹配。

错误做法:

浓度变化后改变 $K$ 的值，用新 $K$ 与旧 $Q$ 比较。

原因:

混淆了改变 $Q$ 和 $K$ 的因素。

正确做法:

只有温度变化会改变 $K$ 。所有其他扰动只改变 $Q$ ，不改变 $K$ 。

错误做法:

将反应物放在 $Q$ 表达式的分子，生成物放在分母。

原因:

考试压力下容易记反顺序。

正确做法:

始终是生成物比反应物，指数为各自的化学计量系数。

5. 速查表

条件	反应方向	要点
$Q < K$	正向 (→)	需要更多生成物， $Q$ 增大到 $K$
$Q > K$	逆向 (←)	需要更多反应物， $Q$ 减小到 $K$
$Q = K$	处于平衡	浓度无净变化
与 $K$ 表达式形式相同	所有情况	$Q$ = 任意时刻， $K$ = 仅平衡时
只有 $T$ 改变 $K$	所有扰动	浓度/压强仅改变 $Q$

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2025 · 2
计算Q并预测反应方向
2023 · 1
浓度变化后比较Q和K
2021 · 2
用Q验证平衡移动

深入阅读

syllabusIB 化学 HL 2025 大纲官方AHL平衡主题参考

下一步

掌握反应商是IB化学HL所有高级平衡主题的关键基础。利用 $Q$ 预测反应方向的能力会应用在酸碱平衡、溶解度平衡、非自发反应的吉布斯自由能计算中。它还为勒夏特列原理对平衡移动的定性预测提供定量验证，这在扩展回答题中经常考察。你的下一步学习直接建立在这个概念之上，解决更复杂的平衡问题。