化学平衡常数的运用

1化学平衡常数在高中的运用作者：刘斌斌单位名称：云南省巍山县第一中学详细地址：云南省巍山县南诏镇红河源南路18号邮编：672400联系电话：[phone]摘要：新课标《选修4》，在化学反应速率与化学平衡一节，讲到化学平衡常数，在电解质溶液中的离子平衡一节中又详述了三大平衡的平衡常数。纵观近年全国各地高考试题，关于化学平衡常数的题目举不甚举，新题型也不断呈现，所以学好化学平衡常数对于高中化学尤为重要。该内容的应用要求层次较高，难度较大，现作简要分析。关键词：化学平衡常数运用电离平衡常数水解平衡常数溶度积常数一、化学平衡常数K1、概念在一定条件下的可逆反应中，当反应处于平衡时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积之比是一个常数，叫化学平衡常数。2、表达式aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)K=[C(C)c.C(D)d]/[C(A)a.C(B)b]注意：（1）上式中浓度为平衡状态时的浓度。（2）应用K来判断平衡状态。浓度积Q=[C(C)c.C(D)d]/[C(A)a.C(B)b]，Q与K表达式相同，但带入浓度不同。Q为某时刻的浓度，而K为平衡浓度。当Q＜K时，平衡向正向移动；当Q=K时，处于平衡状态；当Q＞K时，平衡向逆向移动。3、特点2（1）对于特定的可逆反应，化学平衡常数只是关于温度的函数，与浓度无关。（2）如果反应是吸热反应，K与温度成正比；反之，反比。（3）化学平衡常数与可逆反应的书写有关，如反应相反，两平衡常数互为倒数。二、三大平衡常数关系：化学平衡常数与三大平衡常数是一般与特殊的关系。两者在认知上相辅相成，只有学习了一般的化学平衡常数，才可能有足够的知识去了解三大平衡常数；学习三大平衡常数是对化学平衡常数知识的一个升华与提升。1、电离平衡常数以一元弱酸、一元弱碱为例。（高中教学中对多元弱酸、弱碱在此处不作要求）（1）Ka——弱酸的电离平衡常数CH3COOHCH3COO-+H+Ka=[C(Ac-).C(H+)]/C(HAc)由于醋酸的电离平衡特点C(Ac-)=C(H+)，C(HAc)≈C始，所以上述公式可变形为：C(H+)=[Ka.C始]0.5应用一：比较一元弱酸的强弱。例：室温时，K（HF）=3.53×10-4，K(HAc)=1.76×10-5，比较相同浓度的两酸PH值的大小。【析】该题较易，重点在浓度相同，据公式可知C(H+)与K成正比，HF的C(H+)更大，酸性更强，PH更小点。应用二：氢离子浓度的简单计算。例：室温条件下，0.2mol/L的CH3COOH溶液中H+浓度是0.1mol/L的CH3COOH溶液中H+浓度的2倍，这种说法正确吗？【析】此题为高中化学常见题型，错误率极高。方法一：据越稀越电离，可知0.1mol/L的CH3COOH电离程度更大，应小于2倍。3方法二：据C(H+)=[Ka.C始]0.5，Ka不变，C(H+)之比约为1.4倍。(2)Kb——弱碱的电离平衡常数应用类似于Ka，此处不作详述。（3）Kw——水的离子积常数水作为一种微弱的电解质，其离子积可以通过实验测定，也可以通过热力学计算获得。高中在此不作要求。在室温下，纯水中Kw=C(H+).C(OH-)=1×10-14,C(H+)=C(OH-)=10-7mol/L。小结：由于电离的过程都是吸热的，所以电离平衡常数都随温度的升高而增大。电离平衡是三大平衡之首，高中教学中地位尤其重要，要重点突破。2、盐类的水解平衡常数（1）强碱弱酸盐为例MA为强碱弱酸盐为，则A-+H2OHA+OH-Kh=C(HA).C(OH-)/C(A-)（2）电离平衡常数与水解平衡常数的关系对于强碱弱酸盐，Kh=C(HA).C(OH-)/C(A-)，将Ka=C(H+).C(A-)/C(HA)代入上式，化简得Kh=Kw/Ka。同理，强酸弱碱盐Kh=Kw/Kb。上述两个关系表明，弱酸或弱碱的电离常数越小，其生成的盐水解程度就越大。（越弱越水解）（3）运用应用一：分析NaHS溶液呈弱碱性，Na2S呈强碱性。【析】K(H2S)=5.7×10-8,K(HS-)=1.2×10-15——电离平衡常数Kh(HS-)=1.75×10-7，Kh(S2-)=8.33——水解平衡常数可知，S2-水解能力比HS-强很多；而HS-既可以水解也可以电离，但水解比电离强，所以是弱碱性。应用二：室温下，分析醋酸铵的酸碱性。4【析】K(HAc)=1.76×10-5，得Kh(Ac-)=5.68×10-10;K(NH3)=1.774×10-5,得Kh(NH4+)=5.64×10-10。可见，Ac-与NH4+水解能力相差无几，该溶液近似中性。小结：水解平衡常数多于计算题联系运用，需加强训练。3、溶解平衡常数Ksp（1）AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)Ksp=C(Ag+).C(Cl-)注意：运用离子积Q与Ksp的大小关系判断溶解是否处于平衡以及溶液是否饱和是难点。（与浓度积Q与化学平衡常数K的大小判断是否处于化学平衡类似）（2）运用应用一：开始沉淀与沉淀完全的PH的计算。向0.01mol/LCuSO4溶液中滴加碱溶液，当PH至少为多少开始沉淀？沉淀完全时，PH是多少？【析】该类型的题，对于高中教学一直是难点，学生处理起来较困难，但牢牢抓住Ksp的定义，适当替换Cu2+浓度就可以计算，笔者在此就不赘述。应用二：应用Ksp分析沉淀的生成、溶解、转化。（教材详解，不作描述）应用三：分级沉淀。该题型尤以实验题考查居多，一般难度较大，结合图像，需要作细致分析。小结：溶解平衡常数Ksp为新课标新增内容，考查还不多，作为备考重点，不能忽视。三，总结——三大平衡常数的异同。1、相似性（1）三大平衡常数均出自化学平衡常数，所以定义的本质是一样的。（2）影响因素一样。电离平衡常数与水解平衡常数均与温度成正比，溶解平衡常数大多也与温度成正比，只是少数例外。5（3）意义相同，都是描述反应进行的程度。2、差异（1）描述对象有所差别。电离平衡常数描述弱电解质，水解平衡常数描述盐类，溶度积常数描述难溶电解质。（2）名称的差别。因对象有所不同，加之化学的习惯，所以取了不同的名称。高中化学的反应原理部分，一直是教学的重心，难点、重点集中，可以说是学习高中化学的瓶颈。学好化学平衡就显得格外重要，而化学平衡常数作为描述化学平衡的重要物理量之一（另一个为转化率），应该引起重视。本论文只是将高中所涉知识作了简要归纳、总结，还有很多不足之处，将在以后的教学中逐步改进完善。望大家给与宝贵意见，不断完善。（字数：3041字）参考文献：[1]吴国庆.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2002年8月，66-84.[2]胡宏纹.有机化学[M].北京：高等教育出版社，1990年5月，115-183.[3]苟清泉.固体物理学简明教程[M].北京：人民教育出版社，1978年，206.[4]周公度.结构与物性[M].北京：高等教育出版社，1993，73.