2022届高三统考化学人教版一轮课件：第8单元 高考热点题型 五大平衡常数的比较与应用

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(1)化学平衡常数、电离平衡常数、水解平衡常数(Kh)、沉淀溶解平衡常数(Ksp)、水的离子积常数(KW)本质上都是平衡常数,都只是温度的函数,体现了平衡时溶液中离子浓度的特定关系,其大小只受温度影响。(2)五大平衡常数是《化学反应原理》的重要内容,属于新课标新增的重点内容,使化学由定性描述走向定量研究,“用数据来说话”让化学变得富有活力,所以从一定意义上讲,掌握了五大平衡常数,就掌握了一把解决有关平衡问题的金钥匙。因此,可以预测这“五大平衡常数”在今后的高考中,将继续成为考查的重点及热点。(3)常见的考查形式:①平衡常数表达式的书写;②平衡常数的影响因素;③利用平衡常数判断反应或过程的方向;④根据转化率、pH等进行有关平衡常数的计算;⑤不同反应或过程平衡常数之间的换算;⑥结合守恒、图像求平衡常数;⑦运用平衡常数判断比值等。
1.不同反应平衡常数之间的关系典例1.(1)实现反应CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH0,对减少温室气体排放和减缓燃料危机具有重要意义。在2 L密闭容器中,通入5 ml CH4与5 ml CO2的混合气体,当1 000 ℃甲烷的转化率为80%时,该反应的平衡常数K=　　　。 (2)处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。CH4(g)+4NO2(g)==4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=-574 kJ·ml-1　①CH4(g)+4NO(g)==2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH2=-1 160 kJ·ml-1　②CH4(g)+2NO2(g)==N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH3　③则ΔH3=　　　　,如果三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3,则K3=　　　　　　　　(用K1、K2表示)。 (3)室温下,如果NaHSO3的水解平衡常数Kh=1×10-12,则该温度下H2SO3的第一步电离平衡常数Ka=　　　　　　　　。
解析:(1)依据“三段式”进行计算　　　 　CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)起始时各物质 浓度/(ml·L-1) 2.5 2.5 00反应的各物质 浓度/(ml·L-1) 2 244平衡时各物质 浓度/(ml·L-1) 0.5 0.544
方法归纳 有关平衡常数的计算一般先依据信息写出相应的化学方程式或电离方程式,然后进行分析。不同反应(或电离)方程式中的平衡常数的换算,一般可以采取两种方法:(1)结合盖斯定律,用方程式进行加或减,然后将平衡常数用乘或除进行计算,如典例1中的(2);(2)依据平衡常数的表达式变形后进行计算,如典例1中的(3)。
2.结合守恒求平衡常数典例2.在25 ℃时,将a ml·L-1的KCN溶液(pH>7)与0.01 ml·L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时,测得溶液pH=7,用含a的代数式表示HCN的电离常数Ka=　　　　　　　　　　　　　。 
答案:(100a-1)×10-7
方法归纳 解决此类问题时首先依据方程式写出所求平衡常数的表达式,然后依据题中信息结合守恒、“三段式”、图像等分别求出平衡常数表达式中各微粒平衡时的浓度,代入计算即可。
方法归纳 对于浓度比值变化的判断,可以先写出有关平衡常数的表达式,然后找出条件改变时,比较容易判断浓度升高或降低的粒子,最后综合分析。
①醋酸钠水解的平衡常数Kh与KW、Ka的关系是Kh=　　　　　。当升高温度时,Kh将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”); ②0.9 ml·L-1醋酸钠溶液中的氢氧根离子浓度为2.2×10-5 ml·L-1。在某溶液中含Mg2+、Cd2+、Zn2+三种离子的浓度均为0.01 ml·L-1。向其中加入固体醋酸钠,使其浓度为0.9 ml·L-1,以上三种金属离子中　　　　　　　　　　能生成沉淀。{Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11、Ksp[Zn(OH)2]=1.2×10-17、Ksp[Cd(OH)2]=2.5×10-14} 
(2)已知25 ℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,此温度下若在实验室中配制5 ml·L-1 100 mL FeCl3溶液,为使配制过程中不出现浑浊现象,则至少需要加入　　　　 mL 2 ml·L-1的盐酸(忽略加入盐酸体积对离子浓度的影响)。 
2.燃煤废气、汽车尾气中的氮氧化物(NOx)、一氧化碳等有害气体,常用下列方法处理,以减少对环境的污染。在25 ℃时,下列反应的平衡常数如下:
(2)关于以上反应,下列说法正确的是　　　　。 A.常温下,NO、H2O、CO2三种化合物分解放出氧气的趋势大小顺序:NO>H2O>CO2B.若升高温度,反应③的平衡常数K3将增大C.若只增大压强,且反应物、生成物状态不变,反应①平衡不发生移动,平衡常数不变;反应②平衡向正向移动,平衡常数增大D.若增大汽车发动机空气的进气量,可同时减少氮氧化物和一氧化碳的排放(3)基于环保法规,要求改装汽车尾气处理装置,达到使氮氧化物(NO)、一氧化碳转化为无污染、可排放的气体的目的。改装的方法主要是加入有效催化剂,请你根据以上有关数据分析,在不改变其他条件的情况下,可使用催化剂除污染气体的原因:　　　　　。
3.(1)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH　　　(填“>”“<”或“=”)0。根据表中数据,计算25.0 ℃时的分解平衡常数为　　　　　　　　　　　。(2)25 ℃时,NH3·H2O电离常数Kb=1.8×10-5,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=1.8×10-11,计算0.5 ml·L-1氨水的pH约为　　　(已知lg 3≈0.5)。在某氯化镁溶液中加入一定量的某浓度的氨水后,测得混合液pH=11,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2+)=　　　　　　。 
答案:(1)>　1.64×10-8　(2)11.5　1.8×10-5 ml·L-1
4.(1)常温下,向20 mL 0.2 ml·L-1 H2A溶液中滴加0.2 ml·L-1 NaOH溶液。有关粒子物质的量变化如图(其中甲代表H2A,乙代表HA-,丙代表A2-)。请根据图示填空:
①当V(NaOH溶液)=20 mL时,溶液中离子浓度大小关系:　 。②等体积等浓度的NaOH溶液与H2A溶液混合后,其溶液中水的电离程度　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)纯水的电离程度。 
(2)t ℃时,pH=2的稀硫酸和pH=11的NaOH溶液等体积混合后溶液呈中性,则该温度下水的离子积常数KW=　　　　　　　　。 (3)0.5 ml·L-1醋酸钠溶液pH为m,其水解的程度(已水解的醋酸钠与原有醋酸钠的物质的量浓度之比)为a;1.0 ml·L-1醋酸钠溶液pH为n,水解的程度为b,则m与n的关系为m　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)n,a与b的关系为a　　　　b。 (4)25 ℃时,将a ml·L-1氨水与b ml·L-1盐酸等体积混合,反应后溶液恰好显中性,用a、b表示NH3·H2O的电离平衡常数Kb=　　　　　　　。 
答案:(1)①c(Na+)>c(HA-)>c(H+)>c(A2-)>c(OH-)　②小于　(2)1.0×10-13　
解析:(1)①当V(NaOH溶液)=20 mL时,溶液的溶质为NaHA,由图可知溶液中c(A2-)>c(H2A),说明HA-的电离程度大于其水解程度,所以c(H+)>c(OH-),且溶液中的H+一部分来自水的电离,因此,溶液中离子浓度大小关系为c(Na+)>c(HA-)>c(H+)>c(A2-)>c(OH-)。②等体积等浓度的NaOH溶液与H2A溶液混合后,溶质为NaHA,HA-电离程度大于水解程度而使溶液呈酸性,HA-电离产生的H+抑制水的电离,因此,其溶液中水的电离程度小于纯水的电离程度。(2)t ℃时,pH=2的稀硫酸中c1(H+)=1.0×10-2 ml·L-1,由于稀硫酸与氢氧化钠溶液等体积混合后的溶液呈中性,所以pH=11的NaOH溶液中c(OH-)=c1(H+)=1.0×10-2 ml·L-1,氢氧化钠溶液中c2(H+)=1.0×10-11 ml·L-1,此温度下KW=c2(H+)·c(OH-)=1.0×10-13。