2024年4月16日发(作者:对数学小学数学试卷的建议)

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。

难溶电解质

化学平衡常电离平衡常水的离子积水解平衡常

的溶度积常

数(

K

) 数(

K

a

K

b

) 常数(

K

w

) 数

数(

K

sp

)

在一定条件

在一定温度

下弱电解质

下,当一个可

达到电离平

逆反应达到

衡时,电离形

化学平衡时,

成的各种离在一定温度

生成物浓度水解平衡也

子的浓度的水或稀的水下,在难溶电

幂之积与反是一种化学

幂之积与溶溶液中

c

(OH解质的饱和

概念 应物浓度幂平衡,其平衡

-+

液中未电离)与

c

(H)的溶液中,各离

之积的比值常数即水解

的分子的浓乘积 子浓度幂之

是一个常数,常数

度的比值是积为一常数

这个常数就

一个常数,这

是该反应的

个常数称为

化学平衡常

电离平衡常

(1)对于一元

弱酸HA:

对于一般的

可逆反应:

HAH+A

如NaA溶液

m

A(g)+

,平衡常数

中,A(aq)+

n

B(g)

K

a

H

2

O(l)

M

m

A

n

的饱和溶

(2)对

K

w

c

(OH

p

C(g)+

错误!;

表达式

K

sp

c

m

(M

n

-+

HA(aq)

液:

c

(H)

nm

q

D(g),在一

于一元弱碱

c

(A)

+OH(aq)

K

h

BOH:

定温度下达

到平衡时:

K

BOHB+

错误!=

K

w

/

K

a

OH,平衡常

错误!

K

b

错误!

只与温度有只与温度有只与难溶物

只与温度有温度(升温,

影响因素 关,升温,

K

关,温度升的种类和温

K

h

增大)

值增大 高,

K

w

增大 度有关

一、化学平衡常数

(1)求解平衡常数;

常考 (2)由平衡常数计算初始(或平衡)浓度;

题型 (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)

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

注意

衡常数密不可分(严格讲电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡

事项

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

12

高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe

2

O

3

(s)+CO(g)Fe(s)+CO

2

(g)。已知

33

该反应在不同温度下的平衡常数如下:

1

温度/℃

平衡常数

1 000

4.0

1 150

3.7

1 300

3.5

请回答下列问题:

(1)该反应的平衡常数表达式

K

=________,Δ

H

________0(填“>”“<”或“=”);

(2)在一个容积为10 L的密闭容器中,1 000 ℃时加入Fe、Fe

2

O

3

、CO、CO

2

各1.0 mol,反

应经过10 min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率

v

(CO

2

)=________,CO的

平衡转化率=

________________________________________________________________________。

c

CO

2

[解析] (1)因Fe和Fe

2

O

3

都为固体,不能代入平衡常数的表达式,所以

K

=,由表

c

CO

中数据知,升高温度,平衡常数减小,说明平衡向左移动,故Δ

H

<0。

-1

(2)设到达平衡时转化的CO浓度为

x

mol·L

12

Fe

2

O

3

(s)+ CO(g)Fe(s)+CO

2

(g)

33

-1

起始(mol·L) 0.1 0.1

-1

转化(mol·L)

x

x

-1

平衡(mol·L) 0.1-

x

0.1+

x

0.1+

x

0.06

由题意得

K

==4.0,解得

x

=0.06。所以α(CO)=×100%=60%,

v

(CO

2

)=

0.1-

x

0.1

-1

Δ

c

CO

2

0.06 mol·L

-1-1

==0.006 mol·L·min。

Δ

t

10 min

c

CO

2

[答案] (1) <

c

CO

-1-1

(2)0.006 mol·L·min 60%

二、电离常数

(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

K

a

K

b

求pH

试题一般难度不大,是在化学平衡基础上派生

出来的。注意平衡体系中同种离子的浓度是同

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

常考题型

注意事项

高氯酸、硫酸、硝酸和盐酸都是强酸,其酸性在水溶液中差别不大。以下是某温度下

这四种酸在冰醋酸中的电离常数:

酸 HClO

4

H

2

SO

4

HCl HNO

3

-5-9-9

K

a

1.6×10 6.3×10 1.6×10 4.2×10

-10

从以上表格中判断以下说法中不正确的是( )

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

+2-

C.在冰醋酸中硫酸的电离方程式为H

2

SO

4

===2H+SO

4

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

[解析] 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HClO

4

,最

弱的是HNO

3

,由此可知C项中的电离方程式应用“

[答案] C

三、水的离子积常数

”号表示。

2

(1)计算温度高于室温时的

K

w

(2)通过

K

w

的大小比较相应温度的高低

+-

常考题型 (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

K

w

只与温度有关,升高温度,

K

w

增大;在稀溶液中,

c

(H

c

(OH

-+-+-

注意事项 )=

K

w

,其中

c

(H)、

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

T

℃下的某溶液中,

c

(H

)=10

x

mol·L

-1

c

(OH

)=10

y

mol·L

-1

x

y

的关系如

图所示。下列说法不正确的是( )

A.

T

℃时,水的离子积

K

w

为1×10

B.

T

>25

C.

T

℃时,pH=7的溶液显碱性

D.

T

℃时,pH=12的苛性钠溶液与pH=1的稀硫酸等体积混合,溶液的pH=7

-13

[解析] 从图像中不难看出,A正确;

T

℃时

K

w

大于1×10,则

T

℃一定高于常温,B正

确;

T

℃时,pH=6.5的溶液呈中性,显然pH=7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

(1)考查盐溶液的性质(酸、碱性等);

常考题型 (2)考查对应弱酸的相对强弱;

(3)有关计算(计算

K

h

、浓度、pH等)

应用

K

h

解答问题时,要注意与

K

w

K

a

K

b

K

sp

之间的关系

(1)一元弱酸一元强碱盐:

K

h

K

w

/

K

a

(2)一元强酸一元弱碱盐:

K

h

K

w

/

K

b

(3)一元弱酸一元弱碱盐,如醋酸铵:

K

h

K

w

/(

K

a

×

K

b

);

(4)多元弱碱一元强酸盐,如氯化铁:

注意事项

3++

Fe(aq)+3H

2

O(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。

K

h

c

3

(H

)/

c

(Fe

3+

)。

33+3-3+3-

将(

K

w

)=

c

(H)×

c

(OH)与

K

sp

c

(Fe)×

c

(OH)两式相比

3-3

消去

c

(OH),所以,

K

h

=(

K

w

)/

K

sp

已知:25 ℃时醋酸的电离平衡常数:

K

a

(CH

3

COOH)=1.8×10

-5

,水的离子积常数:

K

w

c

(H

c

(OH

)=1×10

-14

。则25 ℃时,0.1

-1-

mol·L CH

3

COONa水溶液中,

c

(OH)约为(已知:1.8=1.34)( )

-7-6

A.1×10 mol/L B.1.8×10 mol/L

-6-5

C.7.5×10 mol/L D.7.5×10 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:

CH

3

COO+H

2

OCH

3

COOH+OH

起始 0.1 0 0

改变:

x

x

x

平衡: (0.1-

x

)

x

x

3

--

-13

K

h

c

(CH

3

COOH)·

c

(OH

)/

c

(CH

3

COO

)

K

w

/

K

a

2-14-5

即:

x

/(0.1-

x

)=1×10/(1.8×10)

因CH

3

COONa的水解程度很小,则(0.1-

x

)≈0.1,上式可变为:

x

2

/0.1=1×10

-14

/(1.8×10

-5

)

x

=1×10

-5

/(1.8)=7.5×10

-6

[答案] C

五、难溶电解质的溶度积常数

(1)溶解度与

K

sp

的相关转化与比较;

(2)沉淀先后的计算与判断;

常考题(3)沉淀转化与相关计算;

型 (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

应用

K

sp

数值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

注意事

断沉淀的生成或转化时,把离子浓度数值代入

K

sp

表达式,若数

值大于

K

sp

,沉淀可生成或转化为相应难溶物质;利用

K

sp

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

-1

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)如图所示。

(1)pH=3时溶液中铜元素的主要存在形式是

________________________________________________________________________。

3+

(2)若要除去CuCl

2

溶液中的少量Fe,应该控制溶液的pH________。

A.<1 B.4左右 C.>6

2+

(3)在Ni(NO

3

)

2

溶液中含有少量的Co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

-18-13-35

K

sp

6.3×10 2.5×10 1.3×10

物质 PbS HgS ZnS

-28-33-24

K

sp

3.4×10 6.4×10 1.6×10

2+2+2+

为除去某工业废水中含有的Cu、Pb、Hg杂质,最适宜向此工业废水中加入过量的

________________________________________________________________________。

A.NaOH B.FeS C.Na

2

S

[解析] (1)由图可知,在pH=3时溶液中不会出现Cu(OH)

2

沉淀。

3+2+

(2)要除去Fe的同时必须保证Cu不能沉淀,因此pH应保持在4左右。

2+2+

(3)从图示关系可看出,Co和Ni沉淀的pH范围相差太小,不能通过调节溶液pH而达到

4

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。

2+2+2+

[答案] (1)Cu (2)B (3)不能 Co和Ni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(

K

a

)、难溶物的溶度积常数(

K

sp

)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

K

a

变小

--

C.

K

sp

(AgCl)>

K

sp

(AgI) ,由此可以判断AgCl(s) + I(aq)===AgI(s)+ Cl(aq)能够发生

D.

K

a

(HCN)<

K

a

(CH

3

COOH) ,说明物质的量浓度相同时,氢氰酸的酸性比醋酸强

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.已知常温下反应,①NH

3

+H

NH

4

(平衡常数为

K

1

),②Ag+Cl

++-

AgCl(平衡常数

K

2

),③Ag+2NH

3

Ag(NH

3

)

2

(平衡常数为

K

3

)。①、②、③的平衡常数关系为

K

1

>

K

3

>

K

2

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

K

3

>

K

2

,所以Ag与NH

3

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

K

1

>

K

3

,所以在Ag(NH

3

)

2

+++-

Ag+2NH

3

中加入HCl,有H+

++

NH

3

NH

4

,致使平衡右移,

c

(Ag)增大,Ag+Cl===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

-7-6-2

电离常数

K

9×10 9×10 10

A.三种酸的强弱关系:HX>HY>HZ

--

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

-2-6-7

解析:选B。表中电离常数大小关系:10>9×10>9×10,所以酸性排序为HZ>HY>HX,

可见A、C不正确。电离常数只与温度有关,与浓度无关,D不正确。

4.已知FeCl

3

溶液与KSCN溶液混合后发生反应:FeCl

3

+3KSCNFe(SCN)

3

+3KCl,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FeCl

3

固体平衡常数均发生变化,且变化方向相反

c

[FeSCN

3

c

3

KCl

D.平衡常数表达式为K=

c

FeCl

3

·

c

3

KSCN

解析:选B。该反应的本质是Fe与SCN之间的反应,即Fe+3SCNFe(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

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;

c

Fe

3+

·

c

3

SCN

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。

2+2

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、Mg

++2-

、NH

4

、SO

4

及泥沙,其精制流程如下:

3+-3+-

5

已知:①Ca、Mg开始形成相应氢氧化物沉淀的pH如下表。

沉淀物 Ca(OH)

2

Mg(OH)

2

pH ≥11.5 ≥4.2

-10-9-9

K

sp

(BaSO

4

)=1.1×10,

K

sp

(BaCO

3

)=2.6×10,

K

sp

(CaCO

3

)=5.0×10。

下列说法正确的是( )

A.盐泥a除泥沙外,还含有Ca(OH)

2

和Mg(OH)

2

+-+-+

B.过程Ⅰ中将NH

4

转化为N

2

的离子方程式是3ClO+2NH

4

===3Cl+N

2

↑+3H

2

O+2H

2-

C.过程Ⅱ中通入CO

2

有利于除SO

4

D.过程Ⅳ调pH可以使用硝酸

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Ⅳ调pH不可以使用硝酸,会引入NO

3

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SO

2

,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

(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 H

2

CO

3

K

1

=4.3×10

-7

-8

电离平衡常数 4.7×10

K

2

=5.6×10

-11

写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

-1

(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

c

1

的M溶液与0.1 mol·L

-1

的一元酸HA等体积混合,所得溶液pH=7,则

c

1

________0.1 mol·L(填“≥”“=”或

“≤”),溶液中离子浓度的大小关系为________________________。若将上述“0.1 mol·L

-1

的一元酸HA”改为“pH=1的一元酸HA”,所得溶液pH仍为7,则

c

1

________0.1 mol·L

-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[Ca

5

(PO

4

)

3

OH],研究证实氟磷灰

石[Ca

5

(PO

4

)

3

F]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

K

sp

=__________________________,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SO

2

,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,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。

2+2+

6

(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)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

光照

+---

(2)ClO+CO

2

+H

2

O===HClO+HCO

3

2HClO=====2H+2Cl+O

2

+--+

(3)≤

c

(Na)=

c

(A)>

c

(OH)=

c

(H) ≥

52+33----

(4)

c

(Ca)

c

(PO

4

)

c

(OH) Ca

5

(PO

4

)

3

OH+F===Ca

5

(PO

4

)

3

F+OH

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。

Ⅰ.已知H

2

A在水中存在以下平衡:H

2

AH+HA,HAH+A。

(1)相同浓度下,NaHA溶液的pH________(填“大于”“小于”或“等于”) Na

2

A溶液的pH。

(2)某温度下,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

________________________________________________________________________。

+--14

a.

c

(H)·

c

(OH)=1×10

++-2-

b.

c

(Na)+

c

(K)=

c

(HA)+2

c

(A)

++

c.

c

(Na)>

c

(K)

++

d.

c

(Na)+

c

(K)=0.05 mol/L

(3)已知常温下H

2

A的钙盐(CaA)饱和溶液中存在以下平衡:

CaA(s) Ca(aq)+A(aq) Δ

H

>0。

①降低温度时,

K

sp

________(填“增大”“减小”或“不变”)。

2+

②滴加少量浓盐酸,

c

(Ca)________(填“增大”“减小”或“不变”)。

2--3-12-

Ⅱ.含有Cr

2

O

7

的废水毒性较大,某工厂废水中含5.00×10 mol·L的Cr

2

O

7

。为使废水

2-

绿矾

3+3+

石灰水

能达标排放,作如下处理:Cr

2

O

7

――→Cr、Fe――→Cr(OH)

3

、Fe(OH)

3

H

(1)该废水中加入绿矾(FeSO

4

·7H

2

O)和稀硫酸,发生反应的离子方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

2-3+

(2)欲使10 L该废水中的Cr

2

O

7

完全转化为Cr,理论上需要加入________g FeSO

4

·7H

2

O。

3+-13-13+

(3)若处理后的废水中残留的

c

(Fe)=2×10 mol·L,则残留的Cr的浓度为________。

-38-31

(已知:

K

sp

[Fe(OH)

3

]=4.0×10

K

sp

[Cr(OH)

3

]=6.0×10)

解析:Ⅰ.(1)由“越弱越水解”可知,酸性H

2

A>HA,则NaHA溶液的碱性弱于Na

2

A溶液。

+--14++

(2)温度不确定,所以

c

(H)·

c

(OH)不一定为1×10;由电荷守恒可知,

c

(H)+

c

(Na)

+-2--+-

c

(K)=

c

(HA)+2

c

(A)+

c

(OH),由于溶液呈中性,则

c

(H)=

c

(OH),

c

(Na

)+

c

(K

)

-2-

c

(HA)+2

c

(A);若两溶液的体积相同,则是最终溶液为Na

2

A、K

2

A,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(aq)+A(aq) Δ

H

>0,降低温度,平衡左移,

K

sp

减小;滴加少量浓

2-2+

盐酸,A被消耗,平衡右移,

c

(Ca)增大。

答案:Ⅰ.(1)小于 (2)bc (3)①减小 ②增大

2-2++3+3+

Ⅱ.(1)Cr

2

O

7

+6Fe+14H===2Cr+6Fe+7H

2

O (2)83.4

-6-1

(3)3×10 mol·L

2+2-

2+2-

+--+2-

7


更多推荐

电离,溶液,平衡常数