五大平衡常数的比较和应用.pdf

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1、1 五大平衡常数的比较和应用 五大平衡常数是指化学平衡常数、弱电解质的电离平衡常数、水解平衡常数及难溶电解质的 溶度积常数， 这部分知识为新课标中的新增内容，在高考题中频繁出现，特别是化学平衡常 数及溶度积常数的应用更是考试的热点内容。 化学平衡常 数(K) 电离平衡常 数(Ka、Kb) 水的离子积 常数 (Kw) 水解平衡常 数 难溶电解质 的溶度积常 数(Ksp) 概念 在一定温度 下，当一个可 逆反应达到 化学平衡时， 生成物浓度 幂之积与反 应物浓度幂 之积的比值 是一个常数， 这个常数就 是该反应的 化学平衡常 数 在一定条件 下弱电解质 达到电离平 衡时， 电离形 成的各种离 子的

2、浓度的 幂之积与溶 液中未电离 的分子的浓 度的比值是 一个常数， 这 个常数称为 电离平衡常 数 水或稀的水 溶液中c(OH ) 与 c(H ) 的 乘积 水解平衡也 是一种化学 平衡， 其平衡 常数即水解 常数 在一定温度 下，在难溶电 解质的饱和 溶液中， 各离 子浓度幂之 积为一常数 表达式 对于一般的 可逆反应： mA(g) nB(g) pC(g) qD(g) ，在一 定温度下达 到平衡时：K 错误 ! (1) 对于一元 弱酸 HA ： HAH A ，平衡常数 Ka 错误 ! ；(2) 对 于一元弱碱 BOH ： BOHB OH ，平衡常 数Kb 错误 ! Kwc(OH ) c(H

3、) 如 NaA溶液 中，A (aq) H2O(l) HA(aq) OH (aq) Kh 错误 ! Kw/Ka MmAn的饱和溶 液：Kspc m (M n ) c n(Am ) 影响因素 只与温度有 关 只与温度有 关，升温，K 值增大 只与温度有 关，温度升 高，Kw增大 温度 ( 升温， Kh增大 ) 只与难溶物 的种类和温 度有关 一、化学平衡常数 常考 题型 (1) 求解平衡常数； (2) 由平衡常数计算初始(或平衡 ) 浓度； (3) 计算转化率 ( 或产率 ) ； (4) 应用平衡常数K判断平衡移动的方向( 或放热、吸热等情况 ) 注意 事项 从基础的地方入手，如速率计算、“三阶段

4、式”的运用、阿伏 加德罗定律及其推论的应用、计算转化率等，这些都与化学平 衡常数密不可分( 严格讲电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡 也是化学平衡，只是在溶液中进行的特定类型的反应而已) ， 要在练习中多反思，提高应试能力 高炉炼铁过程中发生的主要反应为 1 3Fe 2O3(s) CO(g) 2 3Fe(s) CO 2(g) 。已知 该反应在不同温度下的平衡常数如下： 2 温度/ 1 000 1 150 1 300 平衡常数4.0 3.7 3.5 请回答下列问题： (1) 该反应的平衡常数表达式K _，H_0( 填“”“25 CT时， pH7 的溶液显碱性 DT时， pH12 的苛性钠溶液与pH

5、 1 的稀硫酸等体积混合，溶液的pH 7 解析 从图像中不难看出，A正确；T时Kw大于 110 13，则 T一定高于常温，B正 确；T时， pH6.5 的溶液呈中性，显然pH7 的溶液显碱性，C正确； pH 12 的苛性钠 溶液与 pH 1 的稀硫酸等体积混合，二者恰好完全中和，但注意该温度下，pH 7 的溶液不 是中性溶液， D错误。 答案 D 四、水解平衡常数 常考题型 (1) 考查盐溶液的性质( 酸、碱性等 ) ； (2) 考查对应弱酸的相对强弱； (3) 有关计算 ( 计算Kh、浓度、 pH等) 注意事项 应用Kh解答问题时，要注意与Kw、Ka、Kb、Ksp之间的关系 (1) 一元弱酸

6、一元强碱盐：KhKw/Ka； (2) 一元强酸一元弱碱盐：KhKw/Kb； (3) 一元弱酸一元弱碱盐，如醋酸铵：KhKw/(KaKb) ； (4) 多元弱碱一元强酸盐，如氯化铁： Fe 3(aq) 3H 2O(l)Fe(OH)3(s) 3H (aq) 水是纯液体，Fe(OH)3是固体物质不列入平衡常数。 Khc 3(H)/ c(Fe 3) 。 将(Kw) 3 c 3(H ) c 3(OH) 与 Kspc(Fe 3 ) c 3(OH) 两式相比 消去c 3(OH ) ，所以，Kh(Kw) 3/ Ksp 已知： 25 时醋酸的电离平衡常数： Ka(CH3COOH) 1.8 10 5，水的离子积常

7、数： Kwc(H ) c(OH ) 11014。则 25 时， 0.1 molL 1 CH 3COONa 水溶液中，c(OH ) 约为 ( 已知： 1.8 1.34)( ) A110 7 mol/L B1.8 10 6 mol/L C7.5 10 6 mol/L D7.5 10 5 mol/L 解析 本题设计的意图是利用数学关系巧妙代换求出水解平衡常数，灵活地考查了水解平 衡常数与电离平衡常数、水的离子积常数之间的关系。分析如下： CH3COO H 2OCH3COOH OH 起始 0.1 0 0 改变：x xx 平衡： (0.1 x) xx 4 Khc(CH3COOH) c(OH )/ c(C

8、H3COO ) Kw/Ka 即：x 2/(0.1 x) 110 14/(1.8 105) 因 CH3COONa 的水解程度很小，则(0.1 x) 0.1 ，上式可变为： x 2/0.1 110 14/(1.8 105) x110 5/( 1.8) 7.5 10 6。 答案 C 五、难溶电解质的溶度积常数 常考题 型 (1) 溶解度与Ksp的相关转化与比较； (2) 沉淀先后的计算与判断； (3) 沉淀转化与相关计算； (4) 金属阳离子沉淀完全的pH及沉淀分离的相关计算； (5) 与其他平衡 ( 如氧化还原平衡、配位平衡) 综合的计算； (6) 数形结合的相关计算等 注意事 项 应用Ksp数值

9、大小比较物质的溶解度大小时，一定是在组成上属 于同一类型的难溶电解质才能进行比较，否则， 不能比较； 在判 断沉淀的生成或转化时，把离子浓度数值代入Ksp表达式，若数 值大于Ksp，沉淀可生成或转化为相应难溶物质；利用Ksp可计算 某些沉淀转化反应的化学平衡常数 金属氢氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的pH，达到分离 金属离子的目的。难溶金属的氢氧化物在不同pH下的溶解度 (S/mol L 1) 如图所示。 (1)pH3时溶液中铜元素的主要存在形式是 _ 。 (2) 若要除去CuCl2溶液中的少量Fe 3，应该控制溶液的 pH_。 A 1 B 4左右C 6 (3) 在 N

10、i(NO3)2溶液中含有少量的Co 2杂质， _( 填“能”或“不能” ) 通过调节溶液 pH的方法来除去，理由是 _ 。 (4) 已知一些难溶物的溶度积常数如下表： 物质FeS MnS CuS Ksp6.3 10 18 2.5 10 13 1.3 10 35 物质PbS HgS ZnS Ksp3.4 10 28 6.4 10 33 1.6 10 24 为除去某工业废水中含有的Cu 2、 Pb2 、Hg 2 杂质，最适宜向此工业废水中加入过量的 _ 。 ANaOH B FeS C Na2S 解析 (1) 由图可知，在pH 3 时溶液中不会出现Cu(OH)2沉淀。 (2) 要除去 Fe 3的同时

11、必须保证 Cu 2不能沉淀，因此 pH应保持在4 左右。 (3) 从图示关系可看出，Co 2和 Ni2 沉淀的 pH范围相差太小，不能通过调节溶液pH而达到 5 分离的目的。 (4) 要使三种离子生成沉淀，最好选择难溶于水的FeS ，使三种杂质离子转化为更难溶解的 金属硫化物沉淀，同时又不会引入其他离子。 答案 (1)Cu 2 (2)B (3) 不能Co 2和 Ni2沉淀的 pH范围相差太小 (4)B 1化学平衡常数(K) 、弱酸的电离平衡常数(Ka) 、难溶物的溶度积常数(Ksp) 是判断物质性质 或变化的重要的平衡常数。下列关于这些常数的说法中，正确的是( ) A平衡常数的大小与温度、浓度

12、、压强、催化剂等有关 B当温度升高时，弱酸的电离平衡常数Ka变小 CKsp(AgCl)Ksp(AgI) ，由此可以判断AgCl(s) I (aq)=AgI(s) Cl (aq) 能够发生 DKa(HCN)K3K2， 据此所做的以下推测合理的是( ) A氯化银不溶于氨水 B银氨溶液中加入少量氯化钠有白色沉淀生成 C银氨溶液中加入盐酸有白色沉淀生成 D银氨溶液可在酸性条件下稳定存在 解析：选C。因为K3K2，所以 Ag 与 NH3的结合能力大于Ag 与 Cl之间的沉淀能力， AgCl 溶于氨水， A、B 错误；由于K1K3，所以在Ag(NH3) 2Ag 2NH 3中加入HCl，有 H NH3NH

13、4，致使平衡右移，c(Ag ) 增大， AgCl= =AgCl， D错误， C正确。 3相同温度下，根据三种酸的电离常数，下列判断正确的是( ) 酸HX HY HZ 电离常数K910 7 910 6 10 2 A.三种酸的强弱关系：HXHYHZ B反应 HZ Y =HY Z能够发生 C相同温度下，0.1 mol/L的 NaX 、NaY 、 NaZ溶液， NaZ溶液 pH最大 D相同温度下，1 mol/L HX溶液的电离常数大于0.1 mol/L HX的电离常数 解析：选B。表中电离常数大小关系：10 291069107，所以酸性排序为 HZHYHX ， 可见 A、 C不正确。电离常数只与温度有

14、关，与浓度无关，D不正确。 4已知 FeCl3溶液与 KSCN 溶液混合后发生反应：FeCl33KSCNFe(SCN)33KCl，达到 平衡后，改变条件，则下列说法正确的是( ) A向溶液中加入少许KCl 固体，溶液颜色变浅 B升高温度，平衡一定发生移动 C加入少许KCl 固体或者加入少许FeCl3固体平衡常数均发生变化，且变化方向相反 D平衡常数表达式为K cFe3 c 3 c 3c 3 解析：选 B。该反应的本质是Fe 3与 SCN之间的反应，即 Fe 33SCN Fe(SCN)3，与其 他离子无关，故加入KCl 固体对平衡无影响，A 项错误；其平衡常数表达式为K cFe 3 c 3 c

15、3，D项错误；只要温度不变，平衡常数就不会发生变化，C项错误； 任何反应都伴随着温度的变化，故改变温度，平衡一定发生移动，B项正确。 5(2016浙江五校联考)氯碱工业电解所用的氯化钠溶液需精制。除去有影响的Ca 2、Mg2 、NH 4、SO 2 4及泥沙，其精制流程如下： 6 已知： Ca 2、Mg2开始形成相应氢氧化物沉淀的 pH如下表。 沉淀物Ca(OH)2Mg(OH)2 pH 11.54.2 Ksp(BaSO4) 1.1 10 10， Ksp(BaCO3) 2.6 10 9， Ksp(CaCO3) 5.0 10 9。 下列说法正确的是( ) A盐泥 a除泥沙外，还含有Ca(OH)2和

16、Mg(OH)2 B过程中将NH 4转化为 N2的离子方程式是3ClO 2NH 4=3Cl N 2 3H2O 2H C过程中通入CO2有利于除SO 2 4 D过程调pH可以使用硝酸 解析：选C。盐泥 a 是在 pH11 的条件下得到的，由题给条件，得不到Ca(OH)2，A错；过 程是在碱性条件下进行的，得不到 H ，B错；过程调 pH不可以使用硝酸，会引入 NO 3杂 质， D错。 6运用化学反应原理研究卤族元素的性质具有重要意义。 (1) 下列关于氯水的叙述正确的是_( 填写字母 ) 。 a氯水中存在两种电离平衡 b向氯水中通入SO2，其漂白性增强 c向氯水中通入氯气，c(H )/ c(ClO

17、 ) 减小 d加水稀释氯水，溶液中的所有离子浓度均减小 e加水稀释氯水，水的电离平衡向正反应方向移动 f 向氯水中加入少量固体NaOH ，可能有c(Na ) c(Cl ) c(ClO ) (2) 常温下，已知25 时有关弱酸的电离平衡常数： 弱酸化学式HClO H2CO3 电离平衡常数4.7 10 8K14.3 10 7 K25.6 10 11 写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式 _ _ 。 (3) 电解饱和食盐水可得到溶质为M的碱溶液，常温下将浓度为c1的 M溶液与 0.1 molL 1 的一元酸HA等体积混合，所得溶液pH7，则c1_0.1 mol L 1( 填“”“”或 “”

18、 ) ，溶液中离子浓度的大小关系为_。 若将上述“ 0.1 molL 1 的一元酸HA ”改为“ pH 1 的一元酸HA ”，所得溶液pH仍为 7， 则c1_0.1 molL 1。 (4) 牙釉质对牙齿起着保护作用，其主要成分为羟基磷灰石Ca5(PO4)3OH，研究证实氟磷灰 石Ca5(PO4)3F 比它更能抵抗酸的侵蚀，故含氟牙膏已使全世界千百万人减少龋齿，请写出 羟基磷灰石的溶度积常数表达式Ksp_ ，氟离子与之反应转化 的离子方程式为 _ _ 。 解析： (1) 氯水中存在次氯酸的电离和水的电离两种平衡；向氯水中通入SO2，二者反应生成 硫酸和盐酸，其漂白性减弱；当氯水饱和时再通氯气，c

19、(H )/ c(ClO ) 不变，若氯水不饱和 再通氯气，酸性增强会抑制次氯酸的电离，故比值增大；加水稀释氯水，溶液中的OH 浓度 增大； 加水稀释氯水，酸性减弱，对水的电离抑制作用减弱，故水的电离平衡向正反应方向 移动；向氯水中加入少量固体NaOH ，当溶液呈中性时，根据电荷守恒可推导出：c(Na ) c(Cl ) c(ClO ) 。 (2) 由于次氯酸的酸性介于碳酸的两级电离常数之间，因此 84 消毒液露置在空气中与二氧化 碳反应只能生成碳酸氢钠。 7 (3) 当 HA为强酸时二者浓度相等，为弱酸时由于生成的盐因水解显碱性，则酸要稍过量。 离 子浓度大小比较时可根据电荷守恒进行推导。 (4

20、) 沉淀转化的实质是由难溶的物质转化为更难溶的物质。 答案： (1)aef (2)ClO CO 2H2O=HClO HCO 32HClO= 光照 2H 2Cl O 2 (3) c(Na ) c(A ) c(OH ) c(H ) (4)c 5(Ca2) c 3(PO3 4)c(OH ) Ca5(PO4)3OH F =Ca5(PO4)3FOH 7弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡和难溶物的溶解平衡均属于化学平衡。 . 已知 H2A在水中存在以下平衡：H2AH HA，HA H A2。 (1) 相同浓度下， NaHA溶液的 pH_(填“大于”“小于”或“等于”) Na2A溶液的 pH。 (2) 某温度

21、下，若向0.1 mol/L的 NaHA溶液中逐滴滴加0.1 mol/L KOH溶液至溶液呈中性。 此时该混合溶液中下列关系式一定正确的是 _ 。 ac(H ) c(OH ) 110 14 bc(Na ) c(K ) c(HA ) 2c(A2 ) cc(Na ) c(K ) dc(Na ) c(K ) 0.05 mol/L (3) 已知常温下H2A的钙盐 (CaA)饱和溶液中存在以下平衡： CaA(s) Ca 2(aq) A2(aq) H0。 降低温度时，Ksp_( 填“增大”“减小”或“不变”) 。 滴加少量浓盐酸，c(Ca 2)_( 填“增大”“减小”或“不变” ) 。 . 含有 Cr2O

22、2 7的废水毒性较大，某工厂废水中含5.0010 3 molL 1 的 Cr2O 2 7。为使废水 能达标排放，作如下处理：Cr2O 2 7 绿矾 H Cr 3、Fe3 石灰水 Cr(OH)3、Fe(OH)3 (1) 该 废 水 中 加 入 绿 矾 (FeSO47H2O) 和 稀 硫 酸 ， 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为 _ _ 。 (2) 欲使 10 L 该废水中的Cr2O 2 7完全转化为Cr 3，理论上需要加入 _g FeSO47H2O。 (3) 若处理后的废水中残留的c(Fe 3) 21013 molL 1， 则残留的 Cr3的浓度为 _。 ( 已知：KspFe(OH)3

23、 4.0 10 38 KspCr(OH)3 6.0 10 31) 解析： .(1) 由“越弱越水解”可知，酸性H2AHA ，则 NaHA 溶液的碱性弱于 Na2A溶液。 (2) 温度不确定，所以c(H ) c(OH ) 不一定为 110 14；由电荷守恒可知， c(H )c(Na ) c(K ) c(HA ) 2c(A2) c(OH )，由于溶液呈中性， 则c(H ) c(OH ) ，c(Na) c(K ) c(HA ) 2c(A2) ；若两溶液的体积相同，则是最终溶液为 Na2A、K2A ，呈碱性，所以KOH 溶液的体积相对小，等浓度的情况下，必然有c(Na ) c(K ) ， c(Na ) c(K) 也不可能等 于 0.05 mol/L。 (3)CaA(s) Ca 2(aq) A2 (aq) H0，降低温度，平衡左移，Ksp减小；滴加少量浓 盐酸， A 2被消耗，平衡右移， c(Ca 2) 增大。 答案： .(1) 小于(2)bc (3) 减小增大 .(1)Cr2O 2 76Fe 2 14H =2Cr 36Fe37H 2O (2)83.4 (3)3 10 6 molL 1