2021届高考化学一轮复习五大平衡常数的比较及应用
五大平衡常数的比较及应用
角度1平衡常数K的计算与应用
【典题1】(2019·抚州模拟))在一定温度下的密闭容器中,加入1 mol CO和1 mol H2O(g)发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),达到平衡时测得n(H2)为0.5 mol,下列说法不正确的是 ( )
A.在该温度下平衡常数K=1
B.平衡常数与反应温度无关
C.CO的转化率为50%
D.其他条件不变,改变压强平衡不移动
【精析】 CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始(mol) 1 1 0 0
反应(mol) 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡(mol) 0.5 0.5 0.5 0.5
由反应方程式及以上数据判断可得K==1,A正确;平衡常数与反应温度有关,B错误;CO的转化率为×100%=50%,C正确;该反应为一个气体化学计量数不变的反应,改变压强,平衡不移动,D正确。
答案:B
角度2电离平衡常数K的计算与应用
【典题2】(2019·鞍山模拟)25 ℃,两种酸的电离常数如下表。
Ka1
Ka2
H2A
1.3×10-2
6.3×10-6
H2B
4.2×10-7
5.6×10-11
下列叙述中正确的是 ( )
A.H2A的电离方程式:H2A2H++A2-
B.常温下,在水中Na2B的水解平衡常数为:Kb1=
C.等浓度的Na2A和Na2B溶液,由水电离产生的H+浓度大小关系为前者大于后者
D.向NaHB溶液中加入少量H2A溶液,可发生反应:2HB-+H2AA2-+2H2B
【精析】根据电离平衡常数,H2A为二元弱酸,分步电离,电离方程式应分步书写,A项错误;水中Na2B的水解平衡为B2-+H2OHB-+OH-,Kb1=,分子分母同乘以氢离子浓度,则Kb1=,B项错误;越弱越水解,由于H2B的Ka2小于H2A的Ka2,所以等浓度的Na2A和Na2B溶液,B2-的水解程度大,由水电离产生的H+浓度大,C项错误。
答案:D
角度3溶度积的计算与应用
【典题3】(2019·南京模拟)常温下,取一定量的PbI2固体配成饱和溶液,t时刻改变某一条件,离子的浓度变化如图所示[注:第一次平衡时c(I-)=
2×10-3 mol·L-1,c(Pb2+)=1×10-3 mol·L-1]。下列有关说法正确的是 ( )
A.常温下PbI2的Ksp=2×10-6
B.温度不变,向PbI2饱和溶液中加入少量硝酸铅浓溶液,PbI2的溶解度不变,c(Pb2+)增大
C.t时刻改变的条件可能是升高温度,PbI2的Ksp增大
D.常温下Ksp(PbS)=8×10-28,向PbI2的悬浊液中加入Na2S溶液,PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I-(aq)反应的化学平衡常数为5×1018
【精析】Ksp=c(Pb2+)·c2(I-)=4×10-9,A错误;加入硝酸铅,c(Pb2+)增大,PbI2的溶解度减小,B错误;t时刻时c(I-)增加、c(Pb2+)不变,所以改变的条件不可能是升高温度,C错误;K===,D正确。
答案:D
1.化学平衡常数表达式的书写
在一定温度下,写出某可逆反应达到化学平衡状态时的化学平衡常数表达式。
(1)固体或纯液体的浓度是常数。如果有固体或纯液体参加反应或生成时,化学平衡常数表达式中不能出现固体或纯液体;水溶液中进行的反应,如有水参加反应,由于水的浓度是常数,不出现在表达式中;非水溶液中进行的反应,若有水参加反应或生成,则应出现在表达式中。例如,
①CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) K=c(CO2)
②3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)
K=
③Cr2(aq)+H2O(l)2Cr(aq)+2H+(aq)
K=
④CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l)CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l)
K=
(2)化学平衡常数表达式与化学计量数一一对应,方程式中化学计量数不同,表达式就不同;可逆反应中,正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数互为倒数。例如,同一温度下,下列反应的平衡常数分别为K1、K2、K3。
①I2(g)+H2(g)2HI(g);
②2HI(g)I2(g)+H2(g);
③HI(g)I2(g)+H2(g)。
则:K1=、K2=、K3=,可得K1·K2=1,K2=。
2.“三段式”计算法
“三段式”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。解题步骤如下:
(1)写出涉及的可逆反应的化学方程式。
(2)找出起始量、转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)根据问题建立相应的关系式进行计算。
3.Kw、Ka、Kb、Ksp、Kh之间的关系
(1)一元弱酸一元强碱盐:Kh=Kw/Ka。
(2)一元强酸一元弱碱盐:Kh=Kw/Kb。
(3)多元弱碱一元强酸盐,如氯化铁:
Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3H+(aq)
Kh=c3(H+)/c(Fe3+)。
将(Kw)3=c3(H+)×c3(OH-)与Ksp=c(Fe3+)×c3(OH-)两式相除,消去c3(OH-)可得Kh=(Kw)3/Ksp
1.下列关于化学平衡常数(K)、电离平衡常数(Ka或Kb)、水解平衡常数(Kh)、沉淀溶解平衡常数(Ksp)、水的离子积常数(KW)的叙述中错误的是 ( )
A.K值越大,正反应进行的程度越大,一般地说,K>105时,该反应进行得就基本完全了
B.比较Ksp与离子积Qc的相对大小,可判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解
C.K、Ka或Kb、Kh、Ksp、KW都与温度有关,温度越高,常数值越大
D.弱酸HA的Ka与NaA的Kh、水的离子积常数KW三者间的关系可表示为KW=Ka·Kh
【解析】选C。相同条件下不同反应的K值越大,表示反应进行的程度越大;相同的化学反应在不同条件下,K值越大,表示反应进行的程度越大,A正确;比较Ksp与离子积Qc的相对大小,可判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解,Qc>Ksp时,溶液过饱和有沉淀析出;Qc=Ksp时,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态;Qc
c(HC),且2c(Na+)=3c(H2CO3)+3c(HC)+3c(C)
C.常温下0.4 mol·L-1 HB溶液和0.2 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合后溶液的pH=3,则溶液中微粒浓度存在下面关系:c(B-)>c(Na+)>c(HB)>c(H+)>c(OH-)
D.假设HClO的电离平衡常数为Ka,碳酸的电离平衡常数分别记为:Ka1和Ka2,已知:Ka1>Ka>Ka2,则发生反应:2NaClO+CO2(少量)+H2ONa2CO3+2HClO
【解析】选C。加水稀释促进一水合氨的电离,所以n(N)增大、n(NH3·H2O)减小,则c(N)/c(NH3·H2O)的比值增大,A项错误;混合溶液中,C的水解程度大于HC,所以c(C)c(Na+)=
0.1 mol·L-1,因此c(B-)>c(Na+)>c(HB)>c(H+)>c(OH-),C项正确;HClO的酸性比HC强,所以NaClO+CO2(少量)+H2ONaHCO3+HClO,D项错误。
4.(2019·西安模拟)在某温度时,将n mol·L-1氨水滴入10 mL 1.0 mol·L-1盐酸中,溶液pH和温度随加入氨水体积变化曲线如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.n=1.0
B.水的电离程度:b>c>a>d
C.c点:c(N)=c(Cl-)=1.0 mol·L-1
D.25 ℃时,NH4Cl的水解常数(Kh)计算式为=
【解析】选D。如果n=1,当体积为10 ml时两者恰好完全反应生成氯化铵,是强酸弱碱盐水解呈酸性,所以n>1,A错误;b点溶液温度最高,说明此时两溶液恰好反应生成氯化铵,铵根离子水解促进了水的电离,则a、d两点都抑制了水的电离,则b点水的电离程度最大;由于d点混合液的pH不知,则无法判断a、d两点水的电离程度大小,B错误;c点溶液呈中性,所以c(H+)=c(OH-),由电荷守恒分析c(N)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),所以c(N)=c(Cl-)=0.05 mol·L-1,C错误;根据图象可知,25 ℃时溶液的pH=7,则:c(H+)=c(OH-)=10-7
mol·L-1,c(N)=c(Cl-) =0.5 mol·L-1,根据物料守恒可知:c(NH3·H2O)=(0.5n-0.5)mol·L-1,则25 ℃时NH4Cl水解常数为:Kn==,D正确。
5.已知下列物质在20 ℃下的Ksp如下,试回答下列问题:
化学式
AgCl
AgBr
AgI
Ag2S
Ag2CrO4
颜色
白色
浅黄色
黄色
黑色
红色
Ksp
1.8×10-10
5.4×10-13
8.3×10-17
6.3×10-50
2.0×10-12
(1)20 ℃时,上述五种银盐饱和溶液中,Ag+物质的量浓度由大到小的顺序是________________。
(2)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时,= ________________。
(3)(2019·江苏高考节选)①室温下,反应CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)达到平衡,则溶液中=________________[Ksp(CaSO4)=4.8×10-5,Ksp(CaCO3)=3×10-9]。
②将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为
_______________________________________________________________;
浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是______________。
【解析】(1)AgCl、AgBr、AgI均是AB型,c(Ag+)分别为×10-5 mol·L-1≈1.3×10-5 mol·L-1、×10-7 mol·L-1≈7.3×10-7 mol·L-1、×10-9 mol·L-1≈9.1×10-9 mol·L-1;后两种是A2B型,c2(Ag+)·c(Ag+)=Ksp,则
c(Ag+)=, Ag2S、Ag2CrO4中c(Ag+)分别为0.5×10-16 mol·L-1、1.59×10-4 mol·L-1。故Ag+物质的量浓度由大到小的顺序为Ag2CrO4>AgCl>AgBr>AgI>Ag2S。
(2)出现共沉淀,此时必须同时发生两个平衡:
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq);
c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl)=1.8×10-10……①
AgBr(s)Ag+(aq)+Br-(aq);
c(Ag+)·c(Br-)=Ksp(AgBr)=5.4×10-13……②
两者相比得:==3×10-3。
(3)①====1.6×104。②HC与NH3·H2O反应生成C、N和H2O。C水解显碱性,加入NH3·H2O可以抑制C水解,增加溶液中C的浓度,可以更好地将CaSO4转化为CaCO3。
答案:(1)Ag2CrO4>AgCl>AgBr>AgI>Ag2S
(2)3×10-3
(3)①1.6×104
②HC+NH3·H2ON+C+H2O(或HC+NH3·H2ON+C+H2O) 增加溶液中C的浓度,促进CaSO4的转化
【加固训练】
1.(2014·山东高考)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 mol·L-1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.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10 mL时,c(N)=c(CH3COO-)
【解析】选D。酸碱均抑制水的电离,向CH3COOH溶液中滴加氨水,水的电离程度先增大,当恰好完全反应后,再滴加氨水,水的电离程度减小,A错误;因为氨水的电离常数Kb=,所以=,因为温度不变,Kb不变,随氨水的加入,c(H+)减小,不断减小,B错误;加入氨水,体积变大, c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和变小,C错误;当加入氨水的体积为10 mL时,氨水与CH3COOH恰好反应,CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,故CH3COO-和N的水解程度相同,溶液呈中性,由电荷守恒可得c(N)=c(CH3COO-),D正确。
2.(1)浓缩液中主要含有I-、Cl-等离子,取一定量的浓缩液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,溶液中为__________,已知Ksp(AgCl)= 1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。
(2)已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6 mol·L-1),需调节溶液pH范围为________________。
(3)某溶液含0.02 mol·L-1 Mn2+、0.1 mol·L-1 H2S,当溶液pH=__________时,Mn2+开始沉淀[已知:Ksp(MnS)=2.8×10-13,c(S2-)为1.4×10-11 mol·L-1时,pH=5]。
(4)25 ℃煅粉主要含MgO和CaO,用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若滤液Ⅰ中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液pH大于______________ [Mg(OH)2的Ksp=5×10-12];该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是__
________________________________________________________________。
【解析】(1)浓缩液中主要含有I-、Cl-等离子,取一定量的浓缩液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,c(Ag+)一定,溶液中==≈4.7×10-7。
(2)Al3+浓度小于1×10-6 mol·L-1时,c(OH-)=1×10-9,pH=5.0,所以需调节溶液pH范围为5.01×10-3mol·L-1,pH大于11。该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是S和Ca2+转化为微溶物CaSO4,不利于CaO溶解。
答案:(1)4.7×10-7 (2)5.0
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