微型專題突破系列五大平衡常數(shù)的比較及應用

1、微型專題突破系列(九)五大平衡常數(shù)的比較及應用,【考情播報】化學平衡常數(shù)、弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)、水的離子積常數(shù)、鹽類的水解常數(shù)以及溶度積常數(shù)這五大常數(shù)，均只與溫度有關(guān)。掌握了五大平衡常數(shù)，就握住了一把解決化學反應原理的金鑰匙。常見的命題角度有：(1)利用電離常數(shù)確定離子濃度比值的變化；(2)利用電離常數(shù)判斷化學反應的正誤；(3)平衡常數(shù)間關(guān)系的綜合應用。,【答題必備】1.化學平衡常數(shù)。在一定溫度下，可逆反應達到平衡狀態(tài)時

2、，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比是一個常數(shù)，稱化學平衡常數(shù)，用K表示。,2.弱電解質(zhì)的電離常數(shù)：(1)表達式：對于一元弱酸HA：HA H++A-，電離常數(shù)Ka＝(2)特點。①電離常數(shù)只與電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)，升溫，Ka增大。②相同條件下，Ka越大，表示該弱電解質(zhì)越易電離，所對應的酸性相對越強。,③多元弱酸的各級電離常數(shù)的大小關(guān)系是Ka1>Ka2>Ka3，故多元弱酸的酸性取決于其第一步電離常數(shù)。,3

3、.水的離子積常數(shù)。在一定溫度下，純水或水溶液中的c(H+)·c(OH-)是個常數(shù)，通常用KW表示，稱為水的離子積常數(shù)，簡稱離子積。其表達式為KW＝c(H+)·c(OH-)，25℃時該常數(shù)為1×10-14。特點：①KW只受溫度的影響，溫度升高，KW增大。②在任何情況下，無論是把酸還是把堿加到水中，水電離出的c(H+)＝c(OH-)。,4.水解平衡常數(shù)。如醋酸鈉溶液：CH3COO-(aq)+H2O(l)

4、 CH3COOH(aq)+OH-(aq)Kh＝ 特點：①Kh只與鹽的性質(zhì)和溫度有關(guān)，升溫，Kh增大。②相同條件下，Kh越大，表示該鹽越易水解，所對應的酸或堿相對越弱。,5.溶度積常數(shù)。對于沉淀溶解平衡：MmAn(s) mMn+(aq)+nAm-(aq)Ksp＝cm(Mn+)·cn(Am-)溶度積(Ksp)反映了物質(zhì)在水中的溶解能力。溶度積常數(shù)只與難溶性電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度

5、有關(guān)，而與沉淀的量和溶液中離子的濃度無關(guān)。,角度一 利用電離常數(shù)確定離子濃度比值的變化(2014·山東高考)已知某溫度下CH3COOH和NH3·H2O的電離常數(shù)相等①，現(xiàn)向10 mL濃度為0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同濃度的氨水，在滴加過程中(　　),A. 水的電離程度始終增大②B. ③先增大再減小C. c(CH3COOH)與c(CH3COO-)之和④

6、始終保持不變D. 當加入氨水的體積為10 mL時，c( )=c(CH3COO-)⑤,【典題剖析】抽絲剝繭　溯本求源,【嘗試解答】酸堿均抑制水的電離，向CH3COOH溶液中滴加氨水，水的電離程度先增大，當恰好完全反應后，再滴加氨水，水的電離程度減小，A錯誤；因為氨水的電離常數(shù)Kb＝ ，所以 ，因為溫度不變Kb不變，隨氨水的加入c(H+)減小， 不

7、斷減小，B錯誤；加入氨水，體積變大，c(CH3COOH),與c(CH3COO-)之和變小，C錯誤；當加入氨水的體積為10 mL時，氨水與CH3COOH恰好反應，CH3COOH和NH3·H2O的電離常數(shù)相等，故CH3COO-和 的水解程度相同，溶液呈中性，由電荷守恒可得c( )＝c(CH3COO-)，D正確?！敬鸢浮緿,角度二 利用電離常數(shù)判斷化學反應的正誤(雙選)(2013·上海高考)部分

8、弱酸的電離平衡常數(shù)如下表：,下列選項錯誤的是( )A.2CN-+H2O+CO2 2HCN+ ②B.2HCOOH+ 2HCOO-+H2O+CO2↑C.中和等體積、等pH的HCOOH和HCN消耗NaOH的量前者小于后者③D.等體積、等濃度的HCOONa和NaCN溶液中所含離子總數(shù)前者小于后者④,,,【典題剖析】抽絲剝繭　溯本求源,【嘗試解答】根據(jù)電離平衡常數(shù)，HCN的電離程度介于H2CO3的

9、一級電離和二級電離之間，因此A中反應錯誤，應為CN-+H2O+CO2 HCN+ 。HCOOH的電離程度大于H2CO3的一級電離，因此B正確。等pH的HCOOH和HCN，HCN溶液的濃度大，中和等體積、等pH的HCOOH和HCN，后者消耗NaOH的量大，C正確。在HCOONa和NaCN溶液中分別存在電荷守恒：c(Na+)+c(H+)＝c(HCOO-)+c(OH-)，c(Na+)+c(H+)＝c(CN-)+c(O

10、H-)。等濃度的HCOONa和NaCN溶液，NaCN水解程度大，溶液中,,OH―濃度大，H+濃度小。根據(jù)電荷守恒，兩溶液中離子總濃度為2[c(Na+)+c(H+)]，而Na+濃度相同，H+濃度后者小，因此等體積、等濃度的兩溶液中離子總數(shù)前者大于后者，D錯誤?！敬鸢浮緼、D,角度三 平衡常數(shù)間關(guān)系的綜合應用(2014·山東高考)研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應：2NO2(g)+NaCl(s)

11、 NaNO3(s)+ClNO(g)　K1　ΔH1<0　(Ⅰ)2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)　K2　ΔH2<0　(Ⅱ)(1)4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) 的平衡常數(shù)K①＝________(用K1、K2表示)。,(2)為研究不同條件對反應(Ⅱ)的影響，在恒溫條件下，向2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2

12、，10 min時反應(Ⅱ)達到平衡。測得10 min內(nèi)v(ClNO)＝7.5×10-3mol·L-1·min-1，則平衡后n(Cl2)＝________mol，NO的轉(zhuǎn)化率α1＝________。其他條件保持不變，反應(Ⅱ)在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率α2________α1(填“>”“<”或“＝”)，平衡常數(shù)K2(填“增大”“減小”或“不變”)②。若要使K2減?、?。，可采取的措施是_

13、____________________________________________________________________。,(3)實驗室可用NaOH溶液吸收NO2，反應為2NO2+2NaOH====NaNO3+NaNO2+H2O。含0.2 mol NaOH的水溶液與0.2 mol NO2恰好完全反應得1 L溶液A，溶液B為0.1 mol·L-1的CH3COONa溶液，則兩溶液中c( )、c(

14、 )和c(CH3COO-)由大到小的順序④為___________。(已知HNO2的電離常數(shù)Ka＝7.1×10-4mol·L-1，CH3COOH的電離常數(shù)Ka＝1.7×10-5mol·L-1),可使溶液A和溶液B的pH相等⑤的方法是________。a.向溶液A中加適量水b.向溶液A中加適量NaOHc.向溶液B中加適量水d.向溶液B中加適量NaOH,【典題剖析】抽絲剝繭　溯本求源,【嘗

15、試解答】(1)由題可知K1＝ ，K2＝ ，反應(Ⅰ)×2-反應(Ⅱ)得：4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)，故K＝ (2)轉(zhuǎn)化的n(Cl2)＝ ×7.5×10-3mol·L-1·min-1×2 L×10 min＝7.5×

16、10-2mol，則平衡后的n(Cl2)＝0.1 mol-7.5×10-2mol＝2.5×10-2mol；轉(zhuǎn)化的n(NO)＝7.5×10-3mol·L-1·min-1×2 L×10 min＝0.15 mol，則NO的轉(zhuǎn)化率α1＝ ×100%＝75%；,反應(Ⅱ)是一個氣體分子數(shù)減少的反應，其他條件保持不變，在恒壓條件下進行，需不斷縮小體積，相

17、當于加壓，有利于平衡右移，故平衡時NO的轉(zhuǎn)化率增大，即α2>α1；因為溫度不變，平衡常數(shù)K2不變；反應(Ⅱ)的ΔH<0，升溫會使平衡左移，K2減?。?(3)不考慮水解與電離可得溶液A中c(NaNO3)＝c(NaNO2)＝0.1 mol·L-1，又知HNO2的電離常數(shù)Ka＝7.1×10-4mol·L-1大于CH3COOH的電離常數(shù)Ka＝1.7×10-5mol·L-1，HNO

18、2的酸性大于CH3COOH，根據(jù)越弱越水解規(guī)律，CH3COO-的水解程度大于 ，故c( )>c( )>c(CH3COO-)；溶液A、B顯堿性且溶液A的pH小于溶液B，向溶液A中加適量NaOH或者向溶液B中加適量水可使溶液A和溶液B的pH相等。,答案：(1)(2)2.5×10-2　75%　>　不變　升高溫度(3)c( )>c( )>c(CH3COO-)　b、

19、c,【類題通法】1.化學平衡常數(shù)表達式的書寫：在一定溫度下，寫出某可逆反應達到化學平衡狀態(tài)時的化學平衡常數(shù)表達式。(1)固體或純液體的濃度是常數(shù)。如果有固體或純液體參加反應或生成時，化學平衡常數(shù)表達式中不能出現(xiàn)固體或純液體；水溶液中進行的反應，如有水參加反應，由于水的濃度是常數(shù)，不出現(xiàn)在表達式中；非水溶液中進行的反應，若有水參加反應或生成，則應出現(xiàn)在表達式中。例如，,①CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)　K＝c(C

20、O2)②3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)　K＝③ (aq)+H2O(l) 2 (aq)+2H+(aq)K＝④CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l) CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l)K＝,(2)化學平衡常數(shù)表達式與化學計量數(shù)一一對應，方程式中化學計量數(shù)不同，表達式就不同；可逆反應中，正反應的化學平衡常數(shù)與逆反應的化學平衡常數(shù)互為倒數(shù)。例如，

21、同一溫度下，下列反應的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3。,①I2(g)+H2(g) 2HI(g)；②2HI(g) I2(g)+H2(g)；③HI(g) I2(g)+ H2(g)。則： 可得K1·K2＝1，K2＝,2.“三段式”計算法?！叭问健笔怯行Ы獯鸹瘜W平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時，要注意清楚條理地列出起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量，按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。解題步驟如下

22、：(1)寫出涉及的可逆反應的化學方程式。(2)找出起始量、轉(zhuǎn)化量和平衡量中哪些是已知量，哪些是未知量，按“三段式”列出。(3)根據(jù)問題建立相應的關(guān)系式進行計算。,3.Kw、Ka、Kb、Ksp、Kh之間的關(guān)系：(1)一元弱酸一元強堿鹽：Kh＝Kw/Ka；(2)一元強酸一元弱堿鹽：Kh＝Kw/Kb；(3)多元弱堿一元強酸鹽，如氯化鐵：Fe3+(aq)+3H2O(l) Fe(OH)3(s)+3H+(aq)Kh＝c3(H

23、+)/c(Fe3+)。將(Kw)3＝c3(H+)×c3(OH-)與Ksp＝c(Fe3+)×c3(OH-)兩式相除，消去c3(OH-)可得Kh＝(Kw)3/Ksp,4.利用平衡常數(shù)判斷反應進行的方向。對于可逆反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，在一定溫度下的任意時刻，生成物濃度冪之積除以反應物濃度冪之積所得的比，即Qc＝ ，稱為該反應的濃度商。若同一溫度下該可逆反應

24、的平衡常數(shù)為K。則：①Q(mào)cK，反應向逆反應方向進行。,【類題備選】1.已知三個數(shù)據(jù)：7.2×10-4、4.6×10-4、4.9×10-10，分別是三種酸的電離常數(shù)，若已知可以發(fā)生反應NaCN+HNO2====HCN+NaNO2、NaCN+HF====HCN+NaF、NaNO2+HF====HNO2+NaF。由此可判斷下列敘述不正確的是(　　),A.Ka(HF)＝7.2×10-4B.Ka(

25、HNO2)＝4.9×10-10C.同濃度的鈉鹽溶液的堿性是NaF<NaNO2<NaCND.根據(jù)兩個反應即可得出一元弱酸的稀釋情況如圖所示,【解析】選B。相同溫度下弱電解質(zhì)的電離常數(shù)是比較弱電解質(zhì)相對強弱的依據(jù)之一。根據(jù)第一、第三個反應可知三種一元弱酸的強弱順序為HF>HNO2>HCN。由此可判斷Ka(HF)>Ka(HNO2)>Ka(HCN)，其對應的數(shù)據(jù)依次為Ka(HF)＝7.2

26、5;10-4、Ka(HNO2)＝4.6×10-4、Ka(HCN)＝4.9×10-10。同濃度的鈉鹽溶液的堿性是對應的酸越強，堿性越弱，即NaF<NaNO2<NaCN。酸性越強，稀釋時變化曲線的斜率越大。,2.(2015·福州模擬)在一定溫度下將3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密閉容器中，發(fā)生如下反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)(1)該反應的

27、化學平衡常數(shù)表達式K＝________。(2)已知在700℃時，該反應的平衡常數(shù)K1＝0.6，則該溫度下反應CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)K2＝________，反應 CO2(g)+ H2(g) CO(g)+ H2O(g)的平衡常數(shù)K3＝________。,(3)已知在1 000℃時，該反應的平衡常數(shù)K4為1.0，則該反應為________反應(填“吸熱”或“放熱”)。(4

28、)在1 000℃下，某時刻CO2的物質(zhì)的量為2 mol，則此時v(正)________v(逆)(填“>”“＝”或“<”)。該溫度下反應達到平衡時，CO2的轉(zhuǎn)化率為________。,【解析】(2)K2＝ ，K3＝ 。(3)升高溫度，平衡常數(shù)增大，說明平衡向正反應方向移動，即正反應是一個吸熱反應。(4)CO2的物質(zhì)的量為2 mol時，H2為1 mol，CO為1 mol，H2O(g)為1 mol，其濃度分別為1

29、mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.5 mol·L-1，則Qc＝ v(逆)。起始時，c(CO2)＝ ＝1.5 mol·L-1，c(H2)＝ ＝1 mol·L-1,設達平衡時，CO的濃度為x　　　　　　　　　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)起始濃度(mol·L-1)