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輸入計算

數學公式

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結果

平衡位移量(x)
0.001333
mol/L
平衡反應物濃度 [C₀ − x] 0.098667 mol/L
平衡生成物濃度 [x] 0.001333 mol/L
解離百分率 1.33 %

什麼是平衡濃度計算器?

這個工具運用化學課常見的 ICE 表格法(Initial 起始、Change 變化、Equilibrium 平衡)來求解化學平衡問題。只要輸入平衡常數 Kc 與起始濃度 C₀,它就能求出滿足平衡式 \(\text{K}_c = \frac{x^{2}}{\text{C}_0 - x}\) 的反應位移量 x。算出 x 之後,工具會進一步回報反應物與生成物的平衡濃度,以及解離百分率。

使用方法

輸入平衡常數 Kc(例如醋酸為 \(1.8\times10^{-5}\)),再輸入起始濃度 C₀(單位 mol/L)。計算器會回傳 x、平衡時反應物濃度(\(\text{C}_0 - x\))、平衡時生成物濃度(\(x\)),以及解離百分率(\(\frac{x}{\text{C}_0} \times 100\))。它採用完整的二次方程式求解,而非「小 x 近似法」,因此即使在解離程度很大的情況下也能維持準確。

公式說明

以 HA ⇌ H⁺ + A⁻ 這類反應為例,假設起始時只有反應物、濃度為 C₀ 且無生成物,ICE 表格在平衡時可得反應物濃度為(\(\text{C}_0 - x\))、每種生成物濃度為 x。將這些值代入 \(\text{K}_c = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\),即得 \(\text{K}_c = \frac{x^{2}}{\text{C}_0 - x}\)。整理後可寫成二次方程式 \(x^{2} + \text{K}_c\cdot x - \text{K}_c\cdot\text{C}_0 = 0\),其正根為

$$x = \frac{-\text{K}_c + \sqrt{\text{K}_c^{2} + 4\,\text{K}_c\,\text{C}_0}}{2}$$

平衡箭頭示意圖,顯示反應物解離為產物,x 表示已反應的量
在平衡時,反應物中有 x 已轉化為產物。
ICE 表格,顯示一個反應物和兩個產物反應的初始、變化和平衡各列
ICE 表追蹤初始、變化和平衡時的濃度。

實例演算

取 \(\text{K}_c = 1.8\times10^{-5}\)、\(\text{C}_0 = 0.10 \text{ mol/L}\)。則

$$\text{K}_c^{2} + 4\text{K}_c\cdot\text{C}_0 = 3.24\times10^{-10} + 7.2\times10^{-6} \approx 7.2\times10^{-6}$$

其平方根約為 \(2.683\times10^{-3}\),因此

$$x = \frac{-1.8\times10^{-5} + 2.683\times10^{-3}}{2} \approx 1.333\times10^{-3} \text{ mol/L}$$

解離百分率約為 1.33%。

常見問題

這是否假設 1→2 的化學計量比?是的——式子 \(\frac{x^{2}}{\text{C}_0 - x}\) 對應的是一個反應物解離成兩個生成物單元(各為濃度 x)的情況,這也是教科書中最常見的範例。

為什麼要解二次方程式,而不直接用近似法?當解離程度超過約 5% 時,「小 x 捷徑」(\(x \approx \sqrt{\text{K}_c\cdot\text{C}_0}\))就會失準;而二次方程式在任何情況下都成立。

應該使用什麼單位?請使用一致的莫耳濃度(mol/L)。在此情境下 Kc 為無因次量。

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