【师说】专题讲座八四大平衡常数的应用(共24张)

第八章水溶液中的离子平衡专题讲座八四大平衡常数的应用新课标实施以来一项较大的变化就是化学由定性描述走向定量研究，其中体现之一就是四大平衡常数的引入给化学反应原理增加了有力的分析依据，“用数据来说话”让化学变得富有活力，同时也带来了一系列思维的发展与能力的考查，所以从一定意义上讲，掌握了四大平衡常数，就握住了一把解决化学问题的金钥匙。四大平衡常数的比较如下表：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，各离子浓度幂之乘积为一常数化学平衡常数(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)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＝cpC·cqDcmA·cnB(1)对于一元弱酸HA：HAH＋＋A－，电离常数Ka＝cH＋·cA－cHA(2)对于一元弱碱BOH：BOHB＋＋OH－，电离常数Kb＝cB＋·cOH－cBOHKW＝c(OH－)·c(H＋)MmAn的饱和溶液：BOHB＋＋OH－，电离常数Kb＝cB＋·cOH－cBOH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)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增大只与难溶电解质的性质和温度有关一、化学平衡常数例1高炉炼铁过程中发生的主要反应为13Fe2O3(s)＋CO(g)23Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：温度/℃100011501300平衡常数4.03.73.5请回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH＝________0(填“”“”或“＝”)；(2)在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、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＝________；(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率，可采取的措施是________。A．减少Fe的量B．增加Fe2O3的量C．移出部分CO2D．提高反应温度E．减小容器的容积F．加入合适的催化剂【解析】(1)因Fe和Fe2O3都为固体，不能代入平衡常数的表达式，所以K＝cCO2cCO，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ΔH0。(2)13Fe2O3(s)＋CO(g)23Fe(S)＋CO2(g)起始(mol·L－1)0.10.1转化(mol·L－1)xx平衡(mol·L－1)0.1－x0.1＋x由题意得K＝0.1＋x0.1－x＝4.0，解得x＝0.06。所以α(CO)＝0.060.1×100%＝60%，v(CO2)＝ΔcCO2Δt＝0.06mol·L－110min＝0.006mol·L－1·min－1。(3)根据勒夏特列原理，A、B、E、F四项的条件改变对平衡无影响，D项升温平衡向左移动，CO的转化率降低，故选C。【答案】(1)cCO2cCO(2)0.006mol·L－1·min－160%(3)C二、电离常数例2在25℃下，将amol·L－1的氨水与0.01mol·L－1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c(NH＋4)＝c(Cl－)，则溶液显________(填“酸”“碱”或“中”)性；用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb＝________。【解析】所发生反应的化学方程式为：NH3·H2O＋HCl===NH4Cl＋H2O，由电荷守恒可知：c(NH＋4)＋c(H＋)＝c(Cl－)＋c(OH－)，因为c(NH＋4)＝c(Cl－)，所以c(OH－)＝c(H＋)，故溶液显中性。Kb＝cNH＋4·cOH－cNH3·H2O，c(NH＋4)＝c(Cl－)＝0.005mol·L－1，c(OH－)＝c(H＋)＝10－7mol·L－1。c(NH3·H2O)＝a2－c(NH＋4)＝a2－0.005mol·L－1。所以，Kb＝0.005×10－7a2－0.05＝10－9a－0.01。【答案】中10－9a－0.01三、水的离子积常数例32013·大纲全国卷如图表示水中c(H＋)和c(OH－)的关系，下列判断错误的是()A．两条曲线间任意点均有c(H＋)×c(OH－)＝KWB．M区域内任意点均有c(H＋)c(OH－)C．图中T1T2D．XZ线上任意点均有pH＝7【解析】水的离子积常数表达式为：KW＝c(H＋)·c(OH－)，适用于水及稀的水溶液，A项正确；观察题中图示，XZ线表示溶液呈中性，c(H＋)＝c(OH－)，M区域溶液呈碱性，c(OH－)c(H＋)，B项正确；H2O(l)H＋(aq)＋OH－(aq)ΔH0，升高温度平衡正向移动，图中Z点的KW＝10－6.5×10－6.5＝10－13大于X点的KW＝10－7×10－7＝10－14，所以T2T1，C项正确；XZ线上任意点表示溶液呈中性，由于各点温度不同，但pH不一定为7，D项错误。【答案】D四、难溶电解质的溶度积常数例4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)如下图所示。(1)pH＝3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Fe3＋，应该控制溶液的pH________。A．1B．4左右C．6(3)在Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2＋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FeSMnSCuSKsp6.3×10－182.5×10－131.3×10－35物质PbSHgSZnSKsp3.4×10－286.4×10－331.6×10－24为除去某工业废水中含有的Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋杂质，最适宜向此工业废水中加入过量的________。A．NaOHB．FeSC．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Fe3＋的同时必须保证Cu2＋不能沉淀，因此pH应保持在4左右。(3)从图示关系可看出，Co2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小，不能通过调节溶液pH而达到分离的目的。(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)Cu2＋(2)B(3)不能Co2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小(4)B