四大平衡常数详解.docx
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四大平衡常数详解
课题
高考化学一轮复习---四大平衡常数详解
类型
基础(V)巩固()提高()
授课时间:
月日至备课时间:
月日
教学目标
了解四大平衡常数。
重点、难点、
考点
了解四大平衡常数。
教学内容
四大平衡常数的比较
化学平衡常数(K)
电离常数(Ka、Kb)
水的离子积常数
(Kw)
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,生成物浓度幕之积与反应物浓度幕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
在一定条件下达到电离平衡时,弱电解质电离形成的各种离子的浓度的乘积与溶液中未电离的分子的浓度之比是一个常数,这个常数称为电离常数
一疋温度下,水或稀的水溶液中c(OH—)与c(H+)的乘积
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:
cpCcqD
K=cmAcnB
以一元弱酸HA为例:
HAH+A,电离常数
+—
cHcA
Ka=cHA
Kw=c(OH—)c(H+)
MmAn的饱和溶
液:
Ksp=
cm(Mn)cn(Am「)
影响
因素
只与温度有关
只与温度有关,升高温度,
K值增大
只与温度有关,升高
温度,Kw增大
只与难溶电解质
的性质和温度有
关
考点一化学平衡常数
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)。
对策
从基础的地方入手,如速率计算、“三阶段式”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。
一12一
1•高炉炼铁过程中发生的主要反应为3Fe2O3(s)+CO(g)3卩。
(9+C02(g)。
已知该反应在不同温度下的平衡
常数如下:
温度/C
1000
1150
1300
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=,AH0(填“〉”或<”=”);
(2)在一个容积为10L的密闭容器中,1000C时加入Fe、F®03、CO、CO2各1.0mol,反应经过10min后达
到平衡。
求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)=,CO的平衡转化率=。
2.已知可逆反应:
M(g)+N(g)P(g)+Q(g)AH>0,请回答下列问题:
(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为:
c(M)=1mol/L,
c(N)=2.4mol/L;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为。
(2)若反应温度升高,M的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:
c(M)=4mol/L,c(N)=amol/L;达到平衡后,c(P)=2mol/L,
a=。
⑷若反应温度不变,反应物的起始浓度为:
c(M)=c(N)=bmol/L,达到平衡后,M的转化率为。
考点二电离常数
常考题型
1•直接求电离平衡常数;
2.由电离平衡常数求弱酸(或弱碱)的浓度;
3.由Ka或Kb求pH。
对策
试题一般难度不大,是在化学平衡基础上派生出来的。
注意平衡体系中冋种离子的浓度是冋一个浓度,当两个量相加或相减时,若相差100倍以上,要舍弃小的等一些基本的近似处理能力。
1.(2014•东高考)已知某温度下CH3COOH和NH3缶0的电离常数相等,现向10mL浓度为0.1molL71的
CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中()
A.水的电离程度始终增大
B.c(NH4)/c(NH3H2O)先增大再减小
C.c(CH3COOH)与c(CH3COO「)之和始终保持不变
D.当加入氨水的体积为10mL时,c(NH4)=c(CH3COO)
2•高氯酸、硫酸、硝酸和盐酸都是强酸,其酸性在水溶液中差不大。
以下是某温度下这四种酸在冰醋酸中的
电离常数:
从以上表格中判断以下说法中不正确的是
■■酸
HCIO4
H2SO4
HCl
HNO3
Ka
1.6X105
6.3X109
1.6X109
4.2X1010
()
A•在冰醋酸中这四种酸都没有完全电离
B.在冰醋酸中高氯酸是这四种酸中最强的酸
C.在冰醋酸中硫酸的电离方程式为H2SO4===2H*+SO2
D•水对于这四种酸的强弱没有区分能力,但醋酸可以区分这四种酸的强弱
常考
题型
1.计算温度咼于室温时的Kw;
2.通过Kw的大小比较相应温度的高低;
3.溶液中c(H+)与c(OH相互换算;
4.酸、碱、能水解的盐溶液中水电离出的c(H)或c(OH)的计算。
对策
Kw只与温度有关,升高温度,Kw增大;在稀溶液中,c(H)c(OH)=
Kw,其中c(H卜c(OH)是溶液中的H、OH浓度;水电离出的H数目与OH「数目相等。
|
考点三水的离子积常数
—1
该温度下,将pH=4的H2SO4溶液与pH=
1.(2015哈师大附中模拟)某温度下,水的离子积常数
Kw=10
9的NaOH溶液混合并保持恒温,欲使混合溶液的
pH=7,则稀硫酸与
10
NaO|H|溶液的体积比为(
A.1:
10
C.10:
1
99:
21
F列判断错误的是(;)
2.(2013大纲卷)下图表示水中c(H+)和c(OH—)的关系,
A.两条曲线间任意点均有c(H)Xc(OH)=Kw
c(H+)vc(OH—)
B.M区域内任意点均有
C.图中T1VT2
D.XZ线上任意点均有
pH=7
考点四难溶电解质的溶度积常数
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;
常考题型
3.沉淀转化相关计算;
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。
对策
应用Ksp数值大小比较物质的溶解度大小时,一定是在组成上属于冋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。
1.(2015常州模拟)已知25C时,Ka(HF)=6.0X10-4,Ksp(MgF2)=5.0X10「11。
现向1L0.2mol/LHF溶液中加
入1L0.2mol/LMgCl2溶液。
下列说法中正确的是()
A.25C时,0.1mol/LHF溶液中pH=1
+——+——
B.0.2mol/LMgCl2溶液中离子浓度关系为2c(Mg2)=c(Cl)>c(H)=c(OH)
C.2HF(aq)+Mg2+(aq)MgF2(s)+2H+(aq),该反应的平衡常数K=1.2X107
D.该反应体系中有MgF2沉淀生成
2.常温下,Ag2SO4、AgCl、AgI的溶度积常数依次为:
Ksp(Ag2SO4)=7.7X10——5、Ksp(AgCI)=1.8X10——10、Ksp(AgI)
=8.3X10——17。
下列有关说法中,错误的是()
A.常温下,Ag2SO4、AgCl、AgI在水中的溶解能力依次减弱
B.在AgCl饱和溶液中加入Nal固体,有AgI沉淀生成
C.Ag2SO4、AgCl、AgI的溶度积常数之比等于它们饱和溶液的物质的量浓度之比
D.在Ag2SO4饱和溶液中加入Na2SO4固体有Ag2SO4沉淀析出
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、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
C.Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),由此可以判断AgCl(s)+l——(aq)===Agl(s)+Cl——(aq)能够发生
D.Ka(HCN) 2.已知常温下反应,①NH3+H+NH;(平衡常数为K1),②Ag++Cl——AgCl(平衡常数为K2), ③Ag++2NH3Ag(NH3)2(平衡常数为K3)。 ①、②、③的平衡常数关系为心>心>©,据此所做的以下推测合理 的是() A.氯化银不溶于氨水 C.银氨溶液中加入盐酸有白色沉淀 B.银氨溶液中加入少量氯化钠有白色沉淀 D.银氨溶液可在酸性条件下稳定存在 3. A(g)+3B(g)C(g)+D(g),容器中B的 TC时,将6molA和8molB充入2L密闭容器中,发生反应: 物质的量随时间变化如图中实线所示。 图中虚线表示仅改变某一反应条件时,物质的量随时间的变化。 下列说法正确的是() A.反应开始至a点时v(A)=1molL1min1 B.若曲线I对应的条件改变是升温,则该反应的AH>0 C.曲线n对应的条件改变是增大压强 D.TC时,该反应的化学平衡常数为0.125 4.(2013上海高考改编)部分弱酸的电离平衡常数如下表: HCOOH HCN H2CO3 电离平衡常数(25C) Ki=1.77X10「4 Ki=4.9X10「10 Ki1=4.3X107 Ki2=5.6X10“ 下列选项错误的是() 12CN一+出0+CO2===2HCN+CO2「 22HCOOH+CO2^===2HCOO「+H2O+CO2T 3中和等体积、等pH的HCOOH和HCN消耗NaOH的量前者小于后者 4 等体积、等浓度的HCOONa和NaCN溶液中所含离子总数前者小于后者 件,则下列说法正确的是( 升高温度,平衡一定发生移动 c[FeSCN3]•KCl 干衡吊数表达式为K=cFeCl3c3KSCN C.过程n中通入CO2有利于除so4「 D•过程"调pH可以使用硝酸 8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S02,其漂白性增强 c.向氯水中通入氯气,c(H+)/c(ClO「)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(C「)+c(CIO「) (2)常温下,已知25C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 4.7X10一8 K1=4.3X10「7K2=5.6X10^11 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ci的M溶液与0.1molL「的一元酸HA等体 积混合,所得溶液pH=7贝Vci0.1mol〕(填”或“w”),溶液中离子浓度的大小关 系为。 若将上述“0.1mol•L一1的一元酸HA”改为“pH=1的一元酸HA”,所 得溶液pH仍为7,则C10.1molL: 1。 ⑷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较少龋齿,请写出羟基磷灰石的溶度积常数表达式Ksp= y寸—k(g) —-11 LX \\\ T临晶休111热炉TaSy粉玉 H2SO3,然后用一定浓度的|2溶液进 ,氟离子与之反应转化的离子方程式为 (4)25C时,H2SO3HS03+H+的电离常数Ka=1X10「2molL,则该温度下NaHSOs水解反应的平衡常数 Kh=mol,若向NaHSO3溶液中加入少量的|2,则溶液中C将(填“增大”“减小”或 cHSO3 “不变”)。 10.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。 I•已知H2A在水中存在以下平衡: H2AH+HA,HAH+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)某温度下,若向0.1mol/L的NaHA溶液中逐滴滴加0.1mol/LKOH溶液至溶液呈中性。 此时该混合溶液中 下列关系中,一定正确的是。 a.c(H+)•(OH「)=1X10「14 b.c(Na)+c(K)=c(HA)+2c(A2) ++ c.c(Na)>c(K) d.c(Na+)+c(K+)=0.05mol/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)Ca2(aq)+A2(aq)AH>0。 1降低温度时,Ksp(填“增大”“减小”或“不变”)。 2滴加少量浓盐酸,c(Ca2+)(填“增大”“减小”或“不变”)。 n•含有Cr2O2—的废水毒性较大,某工厂废水中含5.00X10—3molL—1的Cr2O2—。 为使废水能达标排放,作如 下处理: Cr2O7—――匕Cr3SFe3+石灰水,Cr(OH)3、Fe(OH)3 H (1)该废水中加入绿矶(FeSO47H2O)和稀硫酸,发生反应的离子方程式为 ⑵欲使10L该废水中的Cr2O2—完全转化为Cr3+,理论上需要加入gFeSO47H2O。 (3)若处理后的废水中残留的c(Fe3+)=2X10—13molL—1,则残留的Cr3+的浓度为。 (已知: Ksp[Fe(OH)3] =4.0X10—38Ksp[Cr(OH)3]=6.0X10—31) 学生对于本次课的评价: 1、是否掌握知识 2、是否满意老师教学 课后作业: O全部掌握O基本掌握O不掌握 O特别满意O满意O—般O不满意 学生签字: 教师评定: 1、上次作业评价: □好 □较好 □一般 □差 2、 学生课堂表现: □很积极 □较积极 □一般 □不积极 3、 学生接受程度: □全部接受 □大部分接受 □大部分接受 □不能接受 4、 课间纪律: □好 □较好 □一般 □差 5、其他情况: 教师签字: 答案详解: 考点一化学平衡常数 由表中数据知,升高温度,平衡常数减小,说明平衡向左移动,故AH<0。 1 2 ⑵ §Fe2O3(s)+CO(g) ^Fe(s)+CO2(g) 起始(mol L—1) 0.1 0.1 转化(mol L—1) x x 平衡(mol L—1) 0.1—x 0.1+x 由题意得K=0.1+x=4.0,解得x=0.06。 所以a(CO片0.06x100%=60%,v(CO2)= 0.1-x0.1 cCO2—— 答案: (1)-< (2)0.006molL—1min—160% cCO 2.解析: 解答本题需从平衡建立的过程“三段式”和化学平衡常数不随着温度的变化 而变化入手求解。 X100%=25%。 (2)由于该反应正反应吸热,温度升高,平衡右移,则M的转化率增大。 (3) 若反应温度不变,则平衡常数不变。 (4)根据(3)的结果,解得M的转化率为41%。 答案: (1)25% (2)增大(3)6(4)41% 考点二电离常数 1.解析: 选D由CH3COOH和NH3H2O的电离常数相等可知当二者恰好完全反应时, 溶液呈中性,结合电荷守恒知c(CH3COO—)+c(OH—)=c(NH4)+c(H贝Uc(CH3COO—)= c(NH4),D项正确;开始滴加氨水时,水的电离程度增大,二者恰好完全反应时,水的电离程度最大,再继续滴加氨水时,水的电离程度减小,A项错误;向醋酸中滴加氨水,溶液的 +— 酸性减弱,碱性增强,c(OH—)增大,由NH3H2ONH;+OH—可知K=C吧; cNH3H2O cNH;— 故cNH3H20减小,B项错误;根据原子守恒知n(CH3COO—)与n(CH3COOH)之和不变,但滴加氨水过程中,溶液体积不断增大,故c(CH3COO—)与c(CH3COOH)之和减小,C项错误。 2.解析: 选C由电离常数的数据可知四种酸在冰醋酸中均未完全电离,酸性最强的是HCIO4,最弱的是HNO3,由此可知C项中的电离方程式应用“”号表示。 考点三水的离子积常数 1.解析: 选B该温度下,pH=7时溶液呈碱性,NaOH过量,pOH=5, V(H2SO4): V(NaOH)=9: 1。 仆10—3XVNaOH-1X10—4XVH2SO4=10—5VNaOH+VH2SO4 2.解析: 选D根据水的离子积定义可知A项正确;XZ线上任意点都存在c(H;)=c(OH—),所以M区域内任意点均有c(H;)vc(OH—),所以B项正确;因为图像显示T1时水的离子积小于t2时水的离子积,而水的电离程度随温度升高而增大,所以C项正确;XZ线上 只有X点的pH=7,所以D项错误。 考点四难溶电解质的溶度积常数 1.解析: 选DA项,HF是弱酸,25C时,0.1mol/LHF溶液中pH>1,错误;B项,MgCl2属于强酸弱碱盐,离子浓度关系为c(Cl)>2c(Mg2)>c(H)>c(OH),错误,C项,2HF(aq)+Mg2+(aq)MgF2(s)+2H+(aq),该反应的平衡常数K=K2(HF)/Ksp(MgF2)=7.2X103,错误;D项,该反应体系中c(Mg2+)C2(F—)>Ksp(MgF2),有MgF2沉淀生成,正确。 2.解析: 选C由数据可知A选项正确;Ksp(AgI)vKsp(AgCl),说明AgI更难溶,B选项正确;Ksp(Ag2SO4)=c2(Ag+)Xc(SO2—),Ksp(AgCI)=c(Ag+)Xc(Cl—),Ksp(Agl)=c(Ag+)Xc(I—),显然C选项错误;Ag2SO4饱和溶液中存在沉溶解平衡: Ag2SO4(s)2Ag+(aq)+SO4—(aq),加入NaSO5固体,SO4—的浓度增大,平衡逆向移动,有Ag2SO4固体析出,D选项正确。 1.解析: 选C平衡常数的大小与温度有关,与浓度、压强、催化剂无关,A不正确; 电离是吸热的,加热促进电离,电离常数增大,B不正确;酸的电离常数越大,酸性越强, D不正确。 2.解析: 选C因为K3>K2,所以Ag+与NH3的结合能力大于人§+与Cl—之间的沉淀能力,AgCl溶于氨水,A、B错误;由于K1>K3,所以在Ag(NH3)2Ag++2NH3中加入HCl,有H++NH3NH+,致使平衡右移,c(Ag+)增大,Ag++Cl—===AgClJ,D错误, C正确。 3.解析: 选C由图像可知,反应开始至a点时v(B)=1mol•1minS贝Vv(A)=1/3 molL1min「A项错误;曲线I相对于实线先达到平衡,但B的转化率减小,则该反应AH<0,B项错误;曲线H相对于实线先达到平衡,B的转化率增大。 若增大压强,平衡右移, B的转化率增大,C项正确;根据b点的数据计算可知: TC时,该反应的化学平衡常数为0.5,D项错误。 4.解析选D根据电离平衡常数,HCN的电离程度介于H2CO3的一级电离和二级电离之间,因此①中反应错误,应为CN「+H2O+CO2===HCN+HCO3。 HCOOH的电离程度大于H2CO3的一级电离,②正确。 等pH的HCOOH和HCN,HCN溶液的浓度大,中和等体积、等pH的HCOOH和HCN,后者消耗NaOH的量大,③正确。 在HCOONa和NaCN中存在电荷守恒: c(Na+)+c(H+)=c(HCOO「)+c(OH「),c(Na+)+c(H+)=c(CN「)+c(OH「)。 等浓度的HCOONa和NaCN溶液,NaCN水解程度大,溶液中OH—浓度大,H+浓度小。 根据电荷守恒,两溶液中离子总浓度为2[c(Na+)+c(H+)],而Na*浓度相同,H+浓度后者小,因 此等体积、等浓度的两溶液中离子总数前者大于后者,④错误。 5.解析: 选B该反应的本质是Fe3+与SCN「之间的反应,即Fe3++3SCN— 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=C【FeSCN』,-,D项错误;只要温度不变,平衡常数就不会发生变化,C cFe•SCN 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。 6.解析: 选CKw是温度的函数,随温度升高而增大,A、D点温度相同,B点温度高于C点温度,A正确;从A点到D点,温度不变,酸性增强,B、D正确;A、C点温度不同,C错误。 7.解析: 选C盐泥a是在pH=11的条件下得到的,由题给条件,得不到Ca(OH)2,A错;过程I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NO3杂质,D错。 &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(H*)/c(ClO「)不变,若氯水 不饱和再通氯气,
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