高考化学一轮总复习 第八章 水溶液中的离子平衡 专题讲座 四大平衡常数的重要应用

“讲忠诚、严纪律、立政德”三者相互贯通、相互联系。忠诚是共产党人的底色，纪律是不能触碰的底线，政德是必须修炼的素养。永葆底色、不碰底线专题讲座四大平衡常数的重要应用四大平衡常数是指化学平衡常数、弱电解质的电离平衡常数、水的离子积常数及难溶电解质的溶度积常数，这部分知识为新课标的热考内容，在高考题中出现频繁。该类试题常与生产、生活、环境及新技术的应用相联系，信息量大，思维容量高。侧重考查考生阅读相关材料，把握和提炼关键信息或数形结合等综合分析能力，数据处理及计算能力、知识的迁移应用能力。项目化学平衡常数(K)电离平衡常数(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。在一定条件下弱电解质达到电离平衡时，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的乘积之比是一个常数，这个常数称为电离平衡常数。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，各离子浓度幂之积为常数。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。(1)对于一元弱酸HA：HAHA，电离常数Ka；(2)对于一元弱碱BOH：BOHBOH，电离常数Kb。KWc(OH)c(H)MmAn的饱和溶液：Kspcm(Mn)cn(Am)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、化学平衡常数常考题型1.求解平衡常数；2.由平衡常数计算初始(或平衡)浓度；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)。对策从基础的地方入手，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，这些都与化学平衡常数密不可分(严格讲电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡也是化学平衡，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。二、电离平衡常数常考题型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Ka或Kb求pH。试题一般难度不大，是在化学平衡基础上派生出来的。对策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力。三、水的离子积常数常考题型1.计算温度高于室温时的KW；2.通过KW的大小比较相应温度的高低；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)的计算。对策KW只与温度有关，升高温度，KW增大；在稀溶液中，c(H)c(OH)KW，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。四、难溶电解质的溶度积常数常考题型1.溶解度与Ksp的相关转化与比较；2.沉淀先后的计算与判断；3.沉淀转化相关计算；4.金属沉淀完全的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。对策应用Ksp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；在判断沉淀的生成或转化时，把离子浓度数值代入Ksp表达式，若数值大于Ksp，沉淀可生成或转化为相应难溶物质；利用Ksp可计算某些沉淀转化反应的化学平衡常数。【例1】利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生反应：TaS2(s)2I2(g)TaI4(g)S2(g)H0。该反应的平衡常数表达式K_，若K1，向某恒容容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s)，试求I2(g)的平衡转化率(列式计算)。解析：平衡常数表达式为K，设容器体积为1 L，生成TaI4的物质的量为x，则TaS2(s)2I2(g) TaI4(g)S2(g)H0 1 0 0 2x x x 12x x xK1，x，I2的转化率为21100%66.7%。答案：见解析【例2】已知某温度下CH3COOH和NH3H2O的电离常数相等，现向10 mL浓度为0.1 molL1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Cc(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(NH)c(CH3COO)解析：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、KW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NH3H2O的电离常数相等，故CH3COO和NH的水解程度相同，溶液呈中性，由电荷守恒可得c(NH)c(CH3COO)，D正确。答案：D【例3】下图表示水中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)KWBM区域内任意点均有c(H)c(OH)C图中T1T2DXZ线上任意点均有pH7解析：水的离子积常数表达式为：KWc(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)H0，升高温度平衡正向移动，图中Z点KW106.5106.51013大于X点的KW1071071014，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【例4】(2016常州模拟)已知25 时，Ka(HF)6.0104，Ksp(MgF2)5.01011。现向1 L 0.2 molL1 HF溶液中加入 1 L 0.2 molL1 MgCl2溶液。下列说法中正确的是()A25 时，0.1 molL1溶液中pH1B0.2 molL1 MgCl2溶液中离子浓度关系为2c(Mg2)c(Cl)c(H)c(OH)C2HF(aq)Mg2(aq)MgF2(s)2H(aq)，该反应的平衡常数K1.2107D该反应体系中有MgF2沉淀生成解析：A项，HF是弱酸，25 时，0.1 molL1 HF溶液中pH1，错误；B项，MgCl2属于强酸弱碱盐，离子浓度关系为2c(Mg2)c(Cl)c(H)c(OH)，错误，C项，2HF(aq)Mg2(aq) MgF2(s)2H(aq)，该反应的平衡常数K7.2103，错误；D项，该反应体系中c(Mg2)c2(F)Ksp(MgF2)，有MgF2沉淀生成，正确。答案：D1化学平衡常数(K)、弱酸的电离平衡常数(Ka)、难溶物的溶度积常数(Ksp)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Ka变小CKsp(AgCl) Ksp(AgI)，由此可以判断AgCl(s) I(aq)=AgI(s) Cl(aq)能够发生DKa(HCN) K3K2，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C银氨溶液中加入盐酸有白色沉淀D银氨溶液可在酸性条件下稳定存在解析：因为K3K2，所以Ag与NH3的络合能力大于Ag与Cl之间的沉淀能力，AgCl溶于氨水，A、B错误；由于K1K3，所以在Ag(NH3) Ag2NH3中加入HCl，有HNH3NH，致使平衡右移，c(Ag)增大，AgCl=AgCl，D错误，C正确。答案：C3T 时，将6 mol A和8 mol B充入2 L密闭容器中，发生反应：A(g)3B(g)C(g)D(g)，容器中B的物质的量随时间变化如图中实线所示。图中虚线表示仅改变某一反应条件时，H2的物质的量随时间的变化。下列说法正确的是()A从反应开始至a点时A的反应速率为1 molL1min1B若曲线对应的条件改变是升温，则该反应的H0C曲线对应的条件改变是增大压强DT 时，该反应的化学平衡常数为0.125解析：由图象可知，反应开始至a点时v(B)1 molL1min1，则v(A) molL1min1，A项错误；曲线相对于实线先达到平衡，但B的转化率减小，则该反应H0，B项错误；曲线相对于实线先达到平衡，B的转化率增大。若增大压强，平衡右移，B的转化率增大，C项正确；根据b点的数据计算可知：T 时，该反应的化学平衡常数为0.5，D项错误。答案：C4部分弱酸的电离平衡常数如下表：弱酸HCOOHHCNH2CO3电离平衡常数(25 )Ki1.77104Ki4.91010Ki14.3107 Ki25.61011下列选项错误的是()A2CNH2OCO2=2HCNCOB2HCOOHCO=2HCOOH2OCO2C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解析：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CNH2OCO2=HCNHCO。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中存在电荷守恒：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正确。答案：A5已知：25 时，Ksp(MgCO3)6.8106，KspMg(OH)21.81011，下列说法正确的是()A25 时，饱和MgCO3溶液与饱和Mg(OH)2溶液相比，前者c(Mg2)小B25 时，在MgCO3的悬浊液中加入少量NH4Cl固体，c(Mg2)增大C25 时，MgCO3固体在0.01 molL1醋酸溶液中的Ksp比在0.01 molL1醋酸钠溶液中的Ksp小D25 时，在Mg(OH)2悬浊液中加入Na2CO3溶液后，Mg(OH)2不可能转化为MgCO3解析：Ksp小的对应离子浓度小，A错误；MgCO3悬浊液是过饱和了，加入少量NH4Cl固体，c(Mg2)不变，B错误；Ksp只受温度影响，温度不变Ksp不变，C错误，根据Ksp，Mg(OH)2比MgCO3更难溶，Mg(OH)2不可能转化为MgCO3，D正确。答案：D6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_(填写符号)。a氯水中存在两种电离平衡b向氯水中通入SO2，其漂白性增强c向氯水中通入氯气，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HClOH2CO3电离平衡常数4.7108K14.3107 K25.61011写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式_。(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c1的M溶液与0.1 molL1的一元酸HA等体积混合，所得溶液pH7，则c1_0.1 molL1(填“”“”或“”)，溶液中离子浓度的大小关系为_。若将上述“0.1 molL1的一元酸HA”改为“pH1的一元酸HA”，所得溶液pH仍为7，则c1_0.1 molL1。(4)牙釉质对牙齿起着保护作用，其主要成分为羟基磷灰石Ca5(PO4)3OH，研究证实氟磷灰石Ca5(PO4)3F比它更能抵抗酸的侵蚀，故含氟牙膏已使全世界千百万人较少龋齿，请写出羟基磷灰石的溶度积常数表达式Ksp_，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SO2，二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，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。(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衡进行推导。(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(2)ClOCO2H2O=HClOHCO2HClO2H2ClO2(3)c(Na)c(A)c(OH)c(H)(4)c5(Ca2)c3(PO)c(OH)Ca5(PO4)3OHF=Ca5(PO4)3FOH7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。.已知H2A在水中存在以下平衡：H2AHHA，HAHA2。(1)相同浓度下，NaHA溶液的pH_(填“大于”“小于”或“等于”)Na2A溶液的pH。(2)某温度下，若向0.1 molL1的NaHA溶液中逐滴滴加0.1 molL1 KOH溶液至溶液呈中性。此时该混合溶液中下列关系中，一定正确的是_。ac(H)c(OH)11014bc(Na)c(K)c(HA)2c(A2)cc(Na)c(K)dc(Na)c(K)0.05 molL1(3)已知常温下H2A的钙盐(CaA)饱和溶液中存在以下平衡：CaA(s)Ca2(aq)A2(aq)H0。降低温度时，Ksp_(填“增大”“减小”或“不变”)。滴加少量浓盐酸，c(Ca2)_(填“增大”“减小”或“不变”)。.含有Cr2O的废水毒性较大，某工厂废水中含5.00103 molL1的Cr2O。为使废水能达标排放，做如下处理：Cr2OCr3、Fe3Cr(OH)3、Fe(OH)3(1)该废水中加入绿矾(FeSO47H2O)和稀硫酸，发生反应的离子方程式为_。(2)欲使10 L该废水中的Cr2O完全转化为Cr3，理论上需要加入_g FeSO47H2O。(3)若处理后的废水中残留的c(Fe3)21013 molL1，试求残留的Cr3的浓度(已知：KspFe(OH)34.01038，KspCr(OH)36.01031)。解析：.(1)由“越弱越水解”可知，酸性H2AHA，则NaHA溶液的碱性弱于Na2A溶液。(2)温度不确定，所以c(H)c(OH)不一定为11014；由电荷守恒可知中，c(H)c(Na)c(K)c(HA)2c(A2)c(OH)，由于溶液呈中性，则c(H)c(OH)，c(Na)c(K)c(HA)2c(A2)。若两溶液的体积相同，则是最终溶液为Na2A，呈碱性，所以KOH溶液的体积相对小，等浓度的情况下，必然c(Na)c(K)，c(Na)c(K)也不可能等于0.05 molL1。(3)CaA(s) Ca2(aq)A2(aq)H0，降低温度，平衡左移，Ksp减小；滴加少量浓盐酸，A2被消耗，平衡右移，c(Ca2)增大。.(1)酸性条件下，Cr2O有强氧化性、Fe2有还原性，两者发生氧化还原反应方程式为Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O。(2)m(FeSO47H2O)n(Fe2)M(FeSO47H2O)6n(Cr2O)M(FeSO47H2O)65103 molL110 L278 gmol183.4 g。(3)c(Fe3)2103 molL1KspFe(OH)3c(Fe3)c3(OH)4.01038则c3(OH)21025 molL1又KspCr(OH)3c(Cr3)c3(OH)6.01031解得：c(Cr3)3106 molL1。答案：.(1)小于(2)bc(3)减小增大.(1)Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O(2)83.4 g(3)3106 molL1(详情见解析)8(2016武汉模拟)已知K、Ka、Kb、KW、Kh、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离平衡常数、弱碱的电离平衡常数、水的离子积常数、盐的水解平衡常数、难溶电解质的溶度积常数。(1)有关上述常数的说法正确的是_。a它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度b它们的大小都随温度的升高而增大c常温下，CH3COOH在水中的Ka大于在饱和CH3COONa溶液中的Ka d一定温度下，在CH3COONa溶液中，KWKaKh (2)25 时，将a molL1的氨水与0.01 molL1的盐酸等体积混合所得溶液中c(NH )c(Cl)，则