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        例談四大平衡常數(shù)

        2015-07-06 08:32:55張友偉
        關(guān)鍵詞:平衡常數(shù)電離氨水

        張友偉

        新課標(biāo)實施以來一項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)?!坝脭?shù)據(jù)來說話”讓化學(xué)變得富有活力,同時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、四大平衡常數(shù)的比較

        二、化學(xué)平衡常數(shù)

        ??碱}型:

        1.求解平衡常數(shù)。

        2.由平衡常數(shù)算初始(或平衡)濃度。

        3.計算轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)。

        4.應(yīng)用平衡常數(shù)K判斷平衡移動方向(或放熱、吸熱等情況)。

        對策:

        從基礎(chǔ)的地方人手,如速率計算、“三階段式”的運用、阿伏加德羅定律及其推論的應(yīng)用、計算轉(zhuǎn)化率等,這些都與化學(xué)平衡常數(shù)密不可分(嚴(yán)格講電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡也是化學(xué)平衡,只是在溶液中進(jìn)行的特定類型的反應(yīng)而已),要在練習(xí)中多反思,提高應(yīng)試能力。

        例1 鐵及其化合物與生產(chǎn)、生活關(guān)系密切。

        (l)圖1是實驗室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。

        ①該電化腐蝕稱為______。

        ②圖1中A、B、C、D四個區(qū)域,生成鐵銹最多的是_____(填字母)。

        (2)用廢鐵皮制取鐵紅(Fe203)的部分流程如下:

        ①步驟I若溫度過高,將導(dǎo)致硝酸分解。硝酸分解的化學(xué)方程式為_______。

        ②步驟Ⅱ中發(fā)生反應(yīng):,反應(yīng)產(chǎn)生的HN03又將廢鐵皮中的鐵轉(zhuǎn)化為Fe(N032,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。

        ③上述生產(chǎn)流程中,能體現(xiàn)“綠色化學(xué)”思想的是_____(任寫一項)。

        (3)已知t℃時,反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25。

        ①t℃時,反應(yīng)達(dá)到平衡時

        ②若在1 L密閉容器中加入0.02mol FeO(s),并通人x mol CO,t℃時反應(yīng)達(dá)到平衡。此時FeO(s)轉(zhuǎn)化率為50%,則x=_____。

        答案:(l)①吸氧腐蝕②B

        (2)②

        ③氮氧化物排放少(或其他合理答案)

        (3)①4:1 ②0.05

        解析:(l)由圖1可以看出,在海水中,該電化腐蝕屬于吸氧腐蝕,在A、B、C、D四個區(qū)域中,生成鐵銹最多的是B區(qū),能接觸到氧氣。

        (2)濃硝酸分解的化學(xué)方程式為硝酸氧化廢鐵皮中鐵的化學(xué)方程式為,生產(chǎn)過程中體現(xiàn)綠色思想的是整個過程中氮氧化物排放減少。

        (3)根據(jù)反應(yīng),平衡常數(shù)K為0.25,因為固體的濃度為1,則反應(yīng)達(dá)到平衡時n(CO):n(CO2)=4:1,若在1L密閉容器中加入0.02 mol FeO(s),并通人x molCO,t℃時反應(yīng)達(dá)到平衡。此時FeO(s)的轉(zhuǎn)化率為50%。

        根據(jù)平衡常數(shù)K=0.25得:解得x=0.05。

        三、電離常數(shù)

        ??碱}型:

        1.直接求電離平衡常數(shù)。

        2.由電離平衡常數(shù)求弱酸(或弱堿)的濃度。

        3.由Ka或Kb,求pH。試題一般難度不大,是在化學(xué)平衡基礎(chǔ)上派生出來的。

        對策:

        注意平衡體系中同種離子的濃度是同一個濃度,當(dāng)兩個量相加或相減時,若相差100倍以上,要舍棄小的作為近似處理。

        例2

        已知某溫度下CH3COOH和NH3·H20的電離常數(shù)相等,現(xiàn)向1O mL濃度為0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同濃度的氨水,在滴加過程中()。

        A.水的電離程度始終增大

        B.先增大再減小

        C.C(CH3COOH)與c(CH3COO)之和始終保持不變

        D.當(dāng)加入氨水的體積為1O mL時,c(NH+4)=C(CH3COO-)

        解析:醋酸的電離方程式為,一水合氨的電離方程式為的電離方程式為所以開始滴加氨水時,水的電離程度增大(中和了醋酸電離出的H-),當(dāng)兩者恰好完全反應(yīng)后,再滴加氨水,會抑制水的電離,使其電離程度減小,A錯誤。NH3·H2O的電離平衡常數(shù),所以。溫度不變,Kb不變,但隨著氨水的不斷滴加,逐漸增大,所以減小,B錯誤。隨著氨水的不斷滴加,溶液的體積增大,之和逐漸減小,C錯誤。當(dāng)加入氨水的體積為10mL時,CH3COOH和NH3·H20恰好完全反應(yīng)。因為兩者的電離常數(shù)相等,所以CH3COONH4呈中性,,根據(jù)電荷守恒可知,D正確。答案為D。

        四、水的離子積常數(shù)

        ??碱}型:

        1.計算溫度高于室溫時的Kw。

        2.通過Kw的大小比較相應(yīng)溫度的高低。

        3.溶液中c(H+)與c(OH-)相互換算。

        4.酸、堿、能水解的鹽溶液中水電離出的c(H+)或c(OH-)的計算。

        對策:

        Kw只與溫度有關(guān),升高溫度,Kw增大;在稀溶液中,其中c(H+)、c(OH-)是溶液中的H-、OH-濃度;水電離出的H+數(shù)目與OH-數(shù)目相等。

        例3 下列關(guān)于0.10 mol·L-1NaHCO3溶液的說法正確的是()。

        A.溶質(zhì)的電離方程式為

        B.25℃時,加水稀釋后,n(H+)與n(OH-)的乘積變大

        C.離子濃度關(guān)系:

        D.溫度升高,C(HCO-3)增大

        解析:NaHC03的正確電離方程式為NaHC03,A項錯誤。根據(jù)可得,溫度一定時,則Kw不變,B項正確。C項電荷不守恒,錯誤。溫度升高,HC03的水解和電離程度都增大,則C(HC0-3)減小,D項錯誤。答案為B。

        例4 圖2表示水中c(H+)和c(OH+)的關(guān)系,下列判斷錯誤的是()。

        A.兩條曲線間任意點均有c(H+)×c(OH-)=Kw

        B.M區(qū)域內(nèi)任意點均有

        C.圖中TlD.XZ線上任意點均有pH=7

        解析:水的離子積常數(shù)表達(dá)式為,適用于水及稀的水溶液,A項正確。觀察題中圖示,XZ線表示溶液呈中性,,M區(qū)域溶液呈堿性,,B項正確。圖中Z點的大于X點的所以,C項正確。XZ線上任意點表示溶液呈中性,由于各點溫度不同,但pH不一定為7,D項錯誤。答案為D。

        五、難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)

        常考題型:

        1.溶解度與Ksp的相關(guān)轉(zhuǎn)化與比較。

        2.沉淀先后的計算與判斷。

        3.沉淀轉(zhuǎn)化相關(guān)計算。

        4.金屬沉淀完全后的溶液pH及沉淀分離的相關(guān)計算。

        5.與其他平衡(如氧化還原平衡、配位平衡)綜合的計算。

        6.數(shù)形結(jié)合的相關(guān)計算等。

        對策:

        應(yīng)用Ksp數(shù)值大小比較物質(zhì)的溶解度大小時,一定是在組成上屬于同一類型的難溶電解質(zhì)才能進(jìn)行比較,否則,不能比較;在判斷沉淀的生成或轉(zhuǎn)化時,把離子濃度數(shù)值代入Ksp表達(dá)式,若數(shù)值大于Ksp,沉淀可生成或轉(zhuǎn)化為相應(yīng)難溶物質(zhì);利用Ksp可計算某些沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)。

        例5 溴酸銀(AgBr03)溶解度隨溫度變化的曲線如圖3所示,下列說法錯誤的是()。

        A.溴酸銀的溶解是放熱過程

        B.溫度升高時溴酸銀溶解速率加快

        C.60℃時溴酸銀的Ksp約等于6×l0-4

        D.若硝酸鉀中含有少量溴酸銀,可用重結(jié)晶方法提純

        解析:由圖3可知隨著溫度的升高,AgBr03的溶解度逐漸增大,即AgBr03的溶解是吸熱過程,A項錯誤。溫度升高,其溶解速率加快,B項正確。60℃時,其,C項正確。AgBr03的溶解度較小,若KN03中混有AgBr03,可采用降溫重結(jié)晶的方法提純,D項正確。答案為A。

        例6 下列有關(guān)電解質(zhì)溶液中粒子濃度關(guān)系正確的是()。

        A.pH=1的NaHS04溶液:

        B.含有AgCI和Agl固體的懸濁液:

        C.CO,的水溶液:

        D.含等物質(zhì)的量的和的溶液:

        解析:由溶液中的電荷守恒得:,又因NaHSO4溶液中,所以,A項正確。因,所以含有AgCI和Agl固體的懸濁液中,B項錯誤。C02的水溶液中存在電離平衡:因第一步電離的程度遠(yuǎn)大于第二步電離的程度,故溶液中遠(yuǎn)大于,C項錯誤。根據(jù)物料守恒得:,故D項錯誤。答案為A。

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