五大平衡常数的比较及应用

微型专题突破 五大平衡常数的比较及应用 【 考情播报 】 化学平衡常数、弱电解质的电离平衡常数、水的离子积常数、盐类的 水解常数以及溶度积常数这五大常数，均只与温度有关。掌握了五大 平衡常数，就握住了一把解决化学反应原理的金钥匙。常见的命题角 度有： (1)利用电离常数确定离子浓度比值的变化； (2)利用电离常数判断化学反应的正误； (3)平衡常数间关系的综合应用。 【 答题必备 】 1.化学平衡常数。 在一定温度下，可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度幂之积与反应 物浓度幂之积的比是一个常数，称化学平衡常数，用 K表示。 2.弱电解质的电离常数： (1)表达式：对于一元弱酸 HA： HA H+A-， 电离常数 : (2)特点。 电离常数只与电解质的性质和温度有关，升温， Ka增大。 相同条件下， Ka越大，表示该弱电解质越易电离，所对应的酸性相 对越强。 多元弱酸的各级电离常数的大小关系是 Ka1Ka2Ka3，故多元弱酸的 酸性取决于其第一步电离常数。 3.水的离子积常数。 在一定温度下，纯水或水溶液中的 c(H+) c(OH-)是个常数，通常用 KW表示，称为水的离子积常数，简称离子积。其表达式为 KW c(H+) c(OH-)， 25 时该常数为 1 10-14。 特点： KW只受温度的影响，温度升高， KW增大。 在任何情况下，无论是把酸还是把碱加到水中，水电离出的 c(H+) c(OH-)。 4.水解平衡常数。 如醋酸钠溶液： CH3COO-(aq)+H2O(l) CH3COOH(aq)+OH-(aq) Kh 特点： Kh只与盐的性质和温度有关，升温， Kh增大。 相同条件下， Kh越大，表示该盐越易水解，所对应的酸或碱相对 越弱。 3 W a3 c C H C O O H c O H c C H C O O K K 5.溶度积常数。 对于沉淀溶解平衡： MmAn(s) mMn+(aq)+nAm-(aq) Ksp cm(Mn+) cn(Am-) 溶度积 (Ksp)反映了物质在水中的溶解能力。溶度积常数只与难溶性 电解质的性质和温度有关，而与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。 角度一 利用电离常数确定离子浓度比值的变化 (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( )=c(CH3COO-) 4 32 c N H c ( N H H O ) 4NH 【 典题剖析 】 抽丝剥茧 溯本求源 关键信息 信息分析与迁移 信息 电离常数相等，则其对应离子的水解程度相等 信息 水的电离程度受溶液酸碱性的影响，也受能够水解 的盐的影响 信息 需利用电离平衡常数分析 信息 从原子守恒和溶液体积的变化上分析 信息 由 CH3COOH与 NH3 H2O的电离程度相等分析 【 尝试解答 】 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 ，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) 4 b 32 c N H c ( N H H O) c O H K 4 32 c N H c ( N H H O ) 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 的水解程度相同，溶液呈中性，由电荷守恒可得 c( ) c(CH3COO-)， D正确。 【 答案 】 D 4NH 4NH 角度二 利用电离常数判断化学反应的正误 (双选 )(2013 上海高考 )部分弱酸的电离平衡常数如下表： 弱酸 HCOOH HCN H2CO3 电离平衡常数 (25) Ki 1.77 10-4 Ki 4.9 10-10 Ki1 4.3 10-7 Ki2 5.6 10-11 下列选项错误的是 ( ) A.2CN-+H2O+CO2 2HCN+ B.2HCOOH+ 2HCOO-+H2O+CO2 C.中和等体积、等 pH的 HCOOH和 HCN消耗 NaOH的量前者小于后者 D.等体积、等浓度的 HCOONa和 NaCN溶液中 所含离子总数前者小于后 者 23CO 23CO 【 典题剖析 】 抽丝剥茧 溯本求源 关键信息 信息分析与迁移 信息 根据电离平衡常数的大小可知，酸性： HCOOHH2CO3HCN 信息 利用 “ 相对强的酸能制取相对弱的酸 ” 原理分析 信息 弱酸的强弱程度不同，中和碱的能力也不相同 信息 根据电荷守恒和水解程度大小进行分析 3HCO 【 尝试解答 】 根据电离平衡常数， HCN的电离程度介于 H2CO3的一级电 离和二级电离之间，因此 A中反应错误，应为 CN-+H2O+CO2 HCN+ 。 HCOOH的电离程度大于 H2CO3的一级电离，因此 B正确。等 pH的 HCOOH和 HCN， HCN溶液的浓度大，中和等体积、等 pH的 HCOOH和 HCN， 后者消耗 NaOH的量大， C正确。在 HCOONa和 NaCN溶液中分别存在电荷 守恒： c(Na+)+c(H+) c(HCOO-)+c(OH-)， c(Na+)+c(H+) c(CN-) +c(OH-)。等浓度的 HCOONa和 NaCN溶液， NaCN水解程度大，溶液中 3HCO OH 浓度大， H+浓度小。根据电荷守恒，两溶液中离子总浓度为 2c(Na+)+c(H+)，而 Na+浓度相同， H+浓度后者小，因此等体积、等 浓度的两溶液中离子总数前者大于后者， D错误。 【 答案 】 A、 D 角度三 平衡常数间关系的综合应用 (2014 山东高考 )研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作 用时，涉及如下反应： 2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+ClNO(g) K1 H10 () 2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g) K2 H2”“ ” 或“” )， 平衡常数 K2(填“增大”“减小”或 “不变” ) 。 若要使 K2减小 。，可采取的措施是 _ _。 (3)实验室可用 NaOH溶液吸收 NO2，反应为 2NO2+2NaOH=NaNO3+ NaNO2+H2O。含 0.2 mol NaOH的水溶液与 0.2 mol NO2恰好完全反应 得 1 L溶液 A，溶液 B为 0.1 molL -1的 CH3COONa溶液，则 两溶液中 c( )、 c( )和 c(CH3COO-)由大到小的顺序 为 _。 (已知 HNO2的电离常数 Ka 7.1 10-4molL -1， CH3COOH的电离常数 Ka 1.7 10-5molL -1) 3NO 2NO 可使溶液 A和溶液 B的 pH相等 的方法是 _。 a.向溶液 A中加适量水 b.向溶液 A中加适量 NaOH c.向溶液 B中加适量水 d.向溶液 B中加适量 NaOH 【 典题剖析 】 抽丝剥茧 溯本求源 关键信息 信息分析与迁移 信息 反应 () 2-反应 () 即得到新反应，利用平衡常数 定义可得该反应的平衡常数 信息 平衡常数只受温度的影响 信息 根据反应的焓变分析 信息 据盐类水解规律，越弱越水解分析 信息 由 “ 越弱越水解 ” 可知， A溶液的碱性比 B溶液的碱性 弱， pH A 1；因为温度不变，平衡常数 K2不变； 反应 () 的 Hc( )c(CH3COO-)；溶液 A、 B显碱性且溶液 A的 pH小于 溶液 B，向溶液 A中加适量 NaOH或者向溶液 B中加适量水可使溶液 A和 溶液 B的 pH相等。 3NO 2NO 2NO 答案： (1) (2)2.5 10-2 75% 不变 升高温度 (3)c( )c( )c(CH3COO-) b、 c 3NO 2NO 2 1 2 K K 【 类题通法 】 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， CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) K c(CO2) 3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g) K (aq)+H2O(l) 2 (aq)+2H+(aq) K CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l) CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l) K 4 2 4 2 cH c H O 227Cr O 24CrO 2 2 2 4 2 27 c Cr O c H c Cr O 3 2 33 3 2 c C H C O O C H C H c H d O c C H C O O H c C H C H O H (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。 I2(g)+H2(g) 2HI(g)； 2HI(g) I2(g)+H2(g)； HI(g) I2(g)+ H2(g)。 则： 可得 K1 K2 1， K2 1 2 1 2 2 2222 1 2 32 22 c H c Ic H I c H c I c H c I c H I c H I 、 、 ，K K K 23。K 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 4.利用平衡常数判断反应进行的方向。 对于可逆反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，在一定温度下的任意 时刻，生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积所得的比，即 Qc ，称为该反应的浓度商。若同一温度下该可逆反应 的平衡常数为 K。则： QcK，反应向逆反应方向进行。 pq mn c C c D c A c B 【 类题备选 】 1.已知三个数据： 7.2 10-4、 4.6 10-4、 4.9 10-10， 分别是三种酸的电离常数，若已知可以发生反应 NaCN+HNO2=HCN+NaNO2、 NaCN+HF=HCN+NaF、 NaNO2+HF=HNO2+NaF。 由此可判断下列叙述不正确的是 ( ) A.Ka(HF) 7.2 10-4 B.Ka(HNO2) 4.9 10-10 C.同浓度的钠盐溶液的碱性是 NaFNaNO2HNO2HCN。由此可判断 Ka(HF)Ka(HNO2)Ka(HCN)，其对应的 数据依次为 Ka(HF) 7.2 10-4、 Ka(HNO2) 4.6 10-4、 Ka(HCN) 4.9 10-10。同浓度的钠盐溶液的碱性是对应的酸越强，碱性越弱， 即 NaFNaNO2”“ ” 或 “ ” )。该温度下反应达到平衡时， CO2的转化率为 _。 【 解析 】 (2)K2 ， K3 。 (3)升高温度，平衡常数增大，说 明平衡向正反应方向移动，即正反应是一个吸热反应。 (4)CO2的物质 的量为 2 mol时， H2为 1 mol， CO为 1 mol， H2O(g)为 1 mol，其浓度分 别为 1 mol L-1、 0.5 mol L-1、 0.5 mol L-1、 0.5 mol L-1，则 Qc v(逆 )。起始 时， c(CO2) 1.5 mol L-1， c(H2) 1 mol L-1 1 1 K 12 1K 0.5 0.5 1 0.5 1 2 3 mol 2 L 2 mol 2 L 设达平衡时， CO的浓度为 x CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 起始浓度 (mol L-1) 1.5 1 0 0 转化浓度 (mol L-1) x x x x 平衡浓度 (mol L-1) 1.5-x 1-x x x K 1.0， 解得： x 0.6 mol L-1 所以， (CO 2) 100% 40% 答案： (1) (2)1.67 0.77 (3)吸热 (4) 40% 222 c C O c H O xx c C O c H 1 . 5 x 1 x 1 1 0.6 m ol L 1.5 m ol L 222 c CO c H O c CO c H