平衡常數(shù)小專題學(xué)案

1、2015屆高三化學(xué)小專題四大平衡常數(shù)的應(yīng)用及其相互關(guān)系(學(xué)案)新課標(biāo)實(shí)施以來一項(xiàng)較大的變化就是化學(xué)由定性描述走向定量研究，其中體現(xiàn)之一就是四大平衡常數(shù)的引入給化學(xué)反應(yīng) 原理增加了有力的分析依據(jù)，“用數(shù)據(jù)來說話”讓化學(xué)變得富有活力，同時(shí)也帶來了一系列思維的發(fā)展與能力的考查，所以 從一定意義上講，掌握了四大平衡常數(shù)，就握住了一把解決化學(xué)問題的金鑰匙。一、化學(xué)平衡常數(shù)在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪次方乘積與反應(yīng)物濃度的冪次方乘積之比叫化學(xué)平衡常數(shù)， 用K表示。考查化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫在一定溫度下，寫出某可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式。固體或純液體的濃度是常數(shù)

2、。如果有固體或純液體參加反應(yīng)或生成時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中不能出現(xiàn)固體或純液體； 水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，如有水參加反應(yīng)，由于水的濃度是常數(shù)，不出現(xiàn)在表達(dá)式中；非水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，若有水參加反 應(yīng)或生成，則應(yīng)出現(xiàn)在表達(dá)式中。例如:c4(H2) 一 一c4(H2O)K c2(CrO4-) c2(H+)一g。?-)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) K=c(CO2)3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)c(CH.COOCHcCH) c(HO)K 3232K c(CH3COOH). c(CH3CH2OH)C r2O2-(aq)+H2O(l)2CrO2(aq)+2H+(aq)

3、C H3COOH (l)+CH3CH2OH(l)CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)計(jì)量數(shù)一一對(duì)應(yīng)，方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，表達(dá)式就不同；可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)與逆反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)互為倒數(shù)。例如：同一溫度下，下列反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為、K2、K3。 I2(g)+H2(g)2HI(g)； 2HI(g)I2(g)+H2(g)； HI(g)泰+壹虬愆)?？傻肒.K2=1，K2=k2。C2(HI)v c(H2) c(I2) 一 VCH)E而則：Ki=c(H2).c(I2)、K2= cM、K3=c2hI) 2判斷平衡狀態(tài)時(shí)的含量根據(jù)在某種情況下可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)

4、確定各組分的濃度，從而計(jì)算出K，或者根據(jù)K計(jì)算可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)某種組 分的濃度(可以換算成其他物理量)。例1：將1 mol H2O(g)和1 mol CO(g)充入反應(yīng)容器中，發(fā)生反應(yīng)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，達(dá)到平衡時(shí)，有2/3 的CO轉(zhuǎn)化為CO2。在相同條件下，將1 mol CO(g)和 2 mol H2O(g)充入同一反應(yīng)容器中，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體中CO2 的體積分?jǐn)?shù)可能為( )A. 22.2% B. 28.2% C. 33.3% D. 37.8%【解析】 首先計(jì)算出反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù):CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g)起始/mo

5、l ：變化/mol:2/32/32/32/3平衡/m。1：1/31/32/32/3K=c(CO2). c(H2)/c(CO) c(H2O) = (2/3)2/(1/3)2 =4在相同條件下，充入1 mol CO(g)和 2 mol H2o(g)，則有：CO(g)+ H2O(g)CO2(g) + H2(g)起始/mol ：1200變化/mol:XXXX平衡/mol:1 - X2 - xXXXK=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)=x2/(1 -x)(2 -x)=4，解得x0.846，即 CO2) 二X 100% = 28.2%【答案】 B【技法總結(jié)】本題也可以用極值法進(jìn)行求解，第一次

6、充入1 mol H2O(g)和 1 mol CO(g),達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為2/3。第二次充入 物質(zhì)的量相當(dāng)于第一次充入后再次充入1 mol H2O(g)，平衡正向移動(dòng)，所以CO的轉(zhuǎn)化率大于2/3，CO2的體積分?jǐn)?shù)一定大于 22.2%。CO 一定不可能完全轉(zhuǎn)化為CO2，所以其體積分?jǐn)?shù)一定小于1/3，即33.3%，故只有選項(xiàng)B滿足條件。判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)τ诳赡娣磻?yīng)mA(g)+B(g)pC(g) + qD(g),在一定溫度下的任意時(shí)刻，生成物濃度系數(shù)冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方乘積所得的比，即Q = %碩烈，稱為該反應(yīng)的濃度商。若同一溫度下該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的平衡常數(shù)為K。c Cm(

7、A) Cn(B)貝上QK，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。例2：在某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g)+B(g)2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量進(jìn)行如下調(diào)整，可使平衡右移的是()A.均減半 B.均加倍 C.均增加1 mol D.均減少1 mol【解析】 溫度和壓強(qiáng)不變，根據(jù)阿伏加德羅定律，得到氣體的體積與氣體的物質(zhì)的量成正比。假設(shè)1 mol氣體的體積c點(diǎn)2為V L ,平衡時(shí)10 mol混合氣體的體積為10V L,則K=：(C)=10= 5V。c2(A) c(B) .2(10V)210VA項(xiàng)和B項(xiàng)

8、中各物質(zhì)的量均減半或加倍，根據(jù)阿伏加德羅定律，總氣體的體積同比變化，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移 動(dòng)。C項(xiàng)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量均增加1 mol,氣體的總的物質(zhì)的量是13 mol,體積是13V L : Q = cc2(C)(13V)2心()r、=廠F.33WK，平衡向右移動(dòng)。D項(xiàng)中各物質(zhì)的量均減少1 mol,氣體的總的物質(zhì)的量是7 mol,體C2(A). C(B) ( 5 )2. 3積是7V L : Q二 TC)c、=.V =7vk，平衡向左移動(dòng)。 c c2(A) c(B) _1(7討 7 V、弱電解質(zhì)的電離常數(shù)1.表達(dá)式：(1)對(duì)于一元弱酸HA： HAH+A-，電離常數(shù)K =七七煦)ac(HA)(

9、2)對(duì)于一元弱堿BOH： BOHB+OH-，電離常數(shù)K =(OHac(BOH)特點(diǎn)：(1)電離常數(shù)只與溫度有關(guān)，升溫，Ka增大。相同條件下，Ka越大，表示該弱電解質(zhì)越易電離，所對(duì)應(yīng)的酸性或堿性相對(duì)越強(qiáng)。多元弱酸的各級(jí)電離常數(shù)的大小關(guān)系是Ka1Ka2Ka3,故多元弱酸的酸性取決于其第一步電離常數(shù)。還有可能考查弱酸或弱堿考點(diǎn)：以弱酸或弱堿的電離常數(shù)為載體，考查多種酸或堿性質(zhì)的比較，或稀釋時(shí)的變化情況， 對(duì)應(yīng)的同類型鹽的水解能力的強(qiáng)弱。例3：已知三個(gè)數(shù)據(jù)：7.2X10-4、4.6X10-4、4.9X10-10,分別是三種酸的電離常數(shù)，若已知 可以發(fā)生反應(yīng) NaCN+HNO2=HCN+NaNO2、Na

10、CN+HF=HCN+NaF、NaNO2+HF=HNC2+NaF。由此可判斷下列敘述不正確的是()A. Ka(HF)=7.2X10-4B. Ka(HNO2)=4.9X 10-10C.同濃度的鈉鹽溶液的堿性是NaFNaNO HNO HCN。由此可判斷K (HF)K (HNO)K (HCN)，其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)依次為K (HF) = 7.2X 10 - 4、 2aa2aaKa(HNO2) = 4.6 X 10 - 4、Ka(HCN) = 4.9 X 10 -10。同濃度的鈉鹽溶液的堿性是對(duì)應(yīng)的酸越強(qiáng)，堿性越弱，即NaFNaNO225C. T C時(shí)，pH=7的溶液顯堿性D. T C時(shí)，pH=12的苛性鈉溶液

11、與pH=1的稀硫酸等體積混合，溶液的pH=7【解析】從圖不難看出，A正確；T。時(shí)Kw大于1X10-14，則T C一定高于常溫，B正確；T P時(shí)，pH = 6.5的溶液呈中性，顯然pH = 7的溶液顯堿性，C正確；pH=12的苛性鈉溶液與pH=1的稀硫酸等體積混合，二者恰好完全中和，但注意該溫度下，pH = 7的溶液不是中性溶液，D錯(cuò)誤。【答案】D四、鹽類水解平衡常數(shù)如醋酸鈉：CH3C00-(aq)+H2O(l)CH3COOH(aq)+OH(aq)Kh=乩黛一)=KwKc(3)Kh是一定溫度下的常數(shù)，溫度不變，Kh不變，升溫Kh增大。相同條件下，Kh增大，表示該鹽越易水解，所對(duì)應(yīng)的酸或堿相對(duì)越弱

12、?？键c(diǎn)：以弱酸鹽或弱堿鹽的水解常數(shù)為載體，考查鹽溶液的性質(zhì)，或稀釋時(shí)的變化情況，還可能考查對(duì)應(yīng)弱酸的相對(duì)強(qiáng)弱。五、平衡常數(shù)之間聯(lián)系的應(yīng)用歸納：Kw、Ka、Kb、Kh之間的關(guān)系：(1)一元弱酸一元強(qiáng)堿鹽：Kh=Kw/Ka； (2)一元強(qiáng)酸一元弱堿鹽：Kh=Kw/Kb；(3)一元弱酸一元弱堿鹽，如醋酸銨：Kh=Kw/(KaXKb)；特別注意：以上各種平衡常數(shù)都只與溫度有關(guān)。1.弱電解質(zhì)的電離平衡和鹽類的水解平衡例5： 常溫下向pH=a的CH3COOH稀溶液中滴加等體積pH=14a的NaOH稀溶液，下列判斷不正確的是()A.反應(yīng)過程中，CH3COOH的電離程度增大B.向反應(yīng)后的溶液中加入幾滴稀鹽酸，

13、溶液的pH變化不大等體積混合后，水的電離程度達(dá)到最大設(shè)Ka、Kh、KW分別表示CH3COOH的電離平衡常數(shù)、CH3COO-的水解平衡常數(shù)和水的離子積常數(shù)，則三者之間的 關(guān)系為KKh=Kw【解析】 反應(yīng)過程中0H -中和了 CH3COOH電離出的H+，使醋酸的電離平衡右移，A正確；pH = 14 - a的NaOH溶 液與pH = a的ch3COOH溶液等體積混合后，所得的溶液是醋酸和醋酸鈉的混合溶液，醋酸鈉和少量鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉和 醋酸，生成的氯化鈉和醋酸對(duì)溶液的pH影響不大，B正確；醋酸和氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)時(shí)水的電離程度最大，C錯(cuò);CH C00H的電離平衡常數(shù)K =匹：30八雄,)，CH

14、C00 -的水解平衡常數(shù)K=一00可0日)，水的離子積常數(shù)3ac(CH3COOH)3hc(CH3COO-)XW=c(OH-). c(H + )，所以筆K廣KW，故D正確。【答案】C2.利用平衡常數(shù)確定粒子濃度比值的變化例6 (2011-山東高考)室溫下向10 mL pH=3的醋酸溶液中加入水稀釋后，下列說法正確的是()A.溶液中導(dǎo)電粒子的數(shù)目減少b.溶液中小*(CHC02不變c(CH3COOH) c(OH-)C.醋酸的電離程度增大，c(H+)亦增大D.再加入10 mL pH=11的NaOH溶液，混合液pH=7【解析】 由于醋酸是弱電解質(zhì)，在溶液中存在CH3C00HCH3COO-+H +平衡，加水稀釋后，該平衡右移，醋酸 的電離程度增大，導(dǎo)電粒子(CH3CGQ -和H +)數(shù)目增多，A錯(cuò)誤；由于溶液稀釋，c(H + )先變大后變小，C錯(cuò)誤；B項(xiàng)中分子、 分母分別乘以 c(H +)后，分式為 c(CH3CGG - ) c(H + )/c(CH3CGGH).c(H + )c(GH -) = Xa(CH3CGGH)/Xw，由于溫度不變，醋酸 的平衡常數(shù)、水的離子積不變，所以分式的值不變，B正確；當(dāng)加入等體積，pH=11氫氧化鈉溶液，形成醋酸鈉和醋酸的混 合溶液，p