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透析新课标高考中平衡常数

    化学平衡常数电离平衡常数、沉淀溶解平衡常数及水解平衡常数(福建)属于新课标的新增内容。从近几年的高考中发现,化学平衡常数、电离平衡常数和沉淀溶解平衡常数已成为高考的热点内容,因此,可以预测这“平衡常数”在今后的高考中,将继续成为今后高考的重点及热点。

一、沉淀溶解平衡常数

内容链接:

①公式:对于沉淀溶解平衡:MmNn(s)透析新课标高考中平衡常数mMn+(aq)+nNm-(aq)。固体纯物质不列入平衡常数。上述反应的平衡常数为:Ksp=[c(Mn+)]m[c(Nm-)]n,符号为Ksp

②影响因素:在一定的温度下,它是一个常数,称为溶度积常数,简称溶度积,它只受温度影响,不受溶液中物质浓度的影响。

③溶度积的应用:通过比较溶度积和溶液中有关离子浓度幂的乘积(离子积QC)的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。

QC>Ksp溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和达到新的平衡状态

QC= Ksp溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态

 QC<Ksp溶液未饱和,无沉淀析出,若加入过量难溶电解质,难溶电解质溶解直至溶液饱和。

 

例题解析

透析新课标高考中平衡常数例1.(09年广东化学·18)硫酸锶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲线如下,下列说法正确的是(   )

A.温度一定时,Ksp(SrSO4)随透析新课标高考中平衡常数的增大而减小

B.三个不同温度中,313K时Ksp(SrSO4)最大

C.283K时,图中a点对应的溶液是不饱和溶液

D.283K下的SrSO4饱和溶液升温到263K后变为不饱和溶液

解析:平衡常数只与温度有关,与物质的浓度无关,A错误;温度一定时Ksp=[Sr2+][SO42-],

由图可知,313K时,相同SO42-浓度下,Sr2+的浓度最大,所以平衡常数最大,B正确;283K时,Sr2+的浓度比平衡时要小,Qc小于Ksp(283K),对应为不饱和溶液,C正确;283K下的饱和溶液,突然升温至363K,Ksp减少,析出沉淀,仍然为饱和溶液,D错误。答案:BC.

 

例2.(08年山东理综·15)某温度时,BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是(   )

提示:BaSO4(s)透析新课标高考中平衡常数Ba2(aq)+SO42(aq)的平衡常数Ksp=c(Ba2)·c(SO42),称为溶度积常数。

透析新课标高考中平衡常数

 A.加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点               

 B.通过蒸发可以使溶液由d点变到c点                 

 C.d点无BaSO4沉淀生成            

 D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp  

解析:A项,当加入Na2SO4溶液时,c(SO42-)增大,因Ksp为常数,则c(Ba2+)就会减小,故A错;B项,蒸发可以会使溶液的c(SO42-)和c(Ba2+)都变大,故B错;C项,在d点时,因其在沉淀溶解平衡点c点的下方,c(Ba2+)较小,故它们浓度的乘积小于Ksp,则无无BaSO4沉淀生成,C正确;D项,因ac两点对应的都是在相同的温度下的Ksp,故二者的Ksp相同,D错。答案:C。

 

跟踪练习:

1.(08年广东化学·9)已知Ag2SO4的KW为2.0×10-3,将适量Ag2SO4固体溶于100 mL水中至刚好饱和,该过程中Ag+和SO32浓度随时间变化关系如右图(饱和Ag2SO4溶液中c(Ag+)=0.034 mol·L-1)。若t1时刻在上述体系中加入100 mL. 0.020 mol·L-1Na2SO4溶液,下列示意图中,能正确表示t1时刻后Ag+和SO32浓度随时间变化关系的是(   )

透析新课标高考中平衡常数

 

 

 

 

 

 

 

 

透析新课标高考中平衡常数

 

 

 

 

2.(09年福建理综·24)(13分)透析新课标高考中平衡常数从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取两种工艺品的流程如下:

透析新课标高考中平衡常数透析新课标高考中平衡常数

透析新课标高考中平衡常数请回答下列问题:

透析新课标高考中平衡常数(1)流程甲加入盐酸后生成Al3的方程式为          

透析新课标高考中平衡常数(2)流程乙加入烧碱后生成SiO32的离子方程式为             

透析新课标高考中平衡常数(3)验证滤液B含Fe3,可取少量滤液并加入           (填试剂名称)。

透析新课标高考中平衡常数(4)滤液E、K中溶质的主要成份是        (填化学式),写出该溶液的一种用途     

透析新课标高考中平衡常数(5)已知298K时,Mg(OH)2的容度积常数Ksp=5.6×10-12,取适量的滤液B,加入一定量的烧碱达到沉淀溶液平衡,测得pH=13.00,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2) =        

 

答案及解析:

1、解析:Ag2SO4刚好为100ml的饱和溶液,因为c(Ag)=0.034mol·L-1,所以c(SO42)=0.017mol·L-1;当加入100ml 0.020mol·L-1Na2SO4溶液后,c(SO42)=0.0185mol·L-1,c(Ag)=0.017mol·L-1(此时Q<Ksp)。由计算可知选B。答案:B

2、解析:本题考查铝土矿中氧化铝提取的工艺流程。(1)与HCl反应生成Al3,应为铝土矿中Al2O3。(2)SiO2可以溶于NaOH中生成Na2SiO3。(3)检验Fe3的特征反应很多,如与KSCN显血红色,与苯酚显紫色,与OH显红褐色沉淀等。(4)生成E、K时,CO2均是过量的,故应生成NaHCO3。(5)Ksp= c(Mg2)·c2(OH-),c(Mg2)=5.6×10-12/(0.1)2=5.6×10-10

答案:(1)Al2O3+6H透析新课标高考中平衡常数2Al3+3H2O(2)SiO2+2OH透析新课标高考中平衡常数SiO32 +H2O (3)硫氰化钾(或硫氰酸钾、苯酚溶液等合理答案:)(4)NaHCO3;制纯碱或做发酵粉等合理(5)5.6×10-10mol/L

 

二、化学平衡常数

内容链接

①对于一般的可逆反应:mA(g)+ nB(g)透析新课标高考中平衡常数pC(g)+qD(g),其中m、n、p、q分别表示化学方程式中个反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时,这个反应的平衡常数公式可以表示为:透析新课标高考中平衡常数,各物质的浓度一定是平衡时的浓度,而不是其他时刻的.

②在进行K值的计算时,固体和纯液体的浓度可视为“1”。例如:Fe3O4(s)+4H2(g)透析新课标高考中平衡常数3Fe(s)+4H2O(g),在一定温度下,化学平衡常数透析新课标高考中平衡常数

③利用K值可判断某状态是否处于平衡状态。例如,在某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g)透析新课标高考中平衡常数pC(g)+qD(g),平衡常数为K。若某时刻时,反应物和生成物的浓度关系如下:透析新课标高考中平衡常数,则有以下结论:

K/=K ,V(正)=V(逆),可逆反应处于化学平衡状态;

K/<K ,V(正)>V(逆),可逆反应向正反应方向进行;

K/>K ,V(正)<V(逆),可逆反应向逆反应方向进行。

④化学平衡常数是指某一具体化学反应的平衡常数,当化学反应方程式的计量数增倍或减倍时,化学平衡常数也相应的发生变化。

 

例题解析:

透析新课标高考中平衡常数例1.(09年天津理综·5)人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力,CO吸入肺中发生反应:CO+HbO2透析新课标高考中平衡常数O2+HbCO,37 ℃时,该反应的平衡常数K=220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍,会使人智力受损。据此,下列结论错误的是(  )

透析新课标高考中平衡常数A.CO与HbO2反应的平衡常数K=透析新课标高考中平衡常数

透析新课标高考中平衡常数B.人体吸入的CO越多,与血红蛋白结合的O2越少

透析新课标高考中平衡常数C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时,人的智力才会受损

透析新课标高考中平衡常数D.把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒,其原理是使上述平衡向左移动

解析:由反应方程式知,K的表达式正确,A对;CO与HbO2反应的平衡常数达220,可见其正向进行的程度很大,透析新课标高考中平衡常数B正确。

K=透析新课标高考中平衡常数,由题意知,K=220,透析新课标高考中平衡常数=0.02时,人受损,则c(CO)/c(O2)=9×10-5,C项错。

D项,当O2浓度很大时,题中平衡将逆向移动,从而解救人,正确。透析新课标高考中平衡常数答案:C

 

例2.(09年海南化学·4)透析新课标高考中平衡常数在25℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:

物质

X

Y

Z

初始浓度/mol·L-1

0.1

0.2

0

平衡浓度/mol·L-1

0.05

0.05

0.1

透析新课标高考中平衡常数透析新课标高考中平衡常数下列说法错误的是:(   )透析新课标高考中平衡常数透析新课标高考中平衡常数

透析新课标高考中平衡常数A.反应达到平衡时,X的转化率为50%

透析新课标高考中平衡常数B.反应可表示为X+3Y透析新课标高考中平衡常数2Z,其平衡常数为1600

透析新课标高考中平衡常数C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大

透析新课标高考中平衡常数D.改变温度可以改变此反应的平衡常数

解析:题中有一明显的错误,就是C选项中平衡常数增大,增大压强不可能使平衡常数增大。其他选项均为平衡中的基础计算和基础知识,关键是根据表中数据(0.1-0.05)∶(0.2-0.05)∶(0.1-0)=1∶3∶2可推导出:X+3Y透析新课标高考中平衡常数2Z。答案:C 。

 

跟踪练习

1.(08年宁夏理综·12)将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s)透析新课标高考中平衡常数NH3(g)+HI(g);②2HI(g)透析新课标高考中平衡常数H2(g)+I2(g),达到平衡时,c(H2)=0.5mol·L-1,c(HI)=4mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为(   )

A.9            B.16             C.20             D.25

2.(08年广东化学·15)碘钨灯比白炽灯使用寿命长。灯管内封存的少量碘与使用过程中沉积在管壁上的钨可以发生反应:

W(s)+I2(g)透析新课标高考中平衡常数WI2(g) ΔH<0(温度T1<T2)。下列说法正确的是(   )

A.灯管工作时,扩散到灯丝附近高温区的WI2(g)会分解出W1W重新沉积到灯丝上

B.灯丝附近温度越高,WI2(g)的转化率越低

C.该反应的平衡常数表达式是

透析新课标高考中平衡常数

D.利用该反应原理可以提纯钨

透析新课标高考中平衡常数透析新课标高考中平衡常数3、(09年江苏化学·14)I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I(aq)透析新课标高考中平衡常数I3(aq),透析新课标高考中平衡常数某I2、KI混合溶液中,I3的物质的量浓度c(I3)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是(   )

透析新课标高考中平衡常数透析新课标高考中平衡常数

A. 透析新课标高考中平衡常数反应 I2(aq)+I(aq)透析新课标高考中平衡常数I3(aq)的△H>0

透析新课标高考中平衡常数B.若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2则K1>K2

透析新课标高考中平衡常数C.若反应进行到状态D时,一定有v>v

透析新课标高考中平衡常数D.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大

4.(07年广东化学·25)(10分)黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料,其煅烧产物为SO2和Fe3O4

(1)将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中,反应:2SO2(g)+O2(g)透析新课标高考中平衡常数2SO3(g)在一定条件下达到平衡,测得c(SO3)=0.040mol·L-3。计算该条件下反应的平衡常数K和SO2的平衡转化率(写出计算过程)。

(2)已知上述反应是放热反应,当该反应处于平衡状态时,在体积不变的条件下,下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有           (填字母)

A.升高温度  B.降低温度C.增大压强D.减小压强E.加入催化剂   G.移出氧气

(3)SO2尾气用饱和Na2SO3溶液吸收可得到更要的化工原料,反应的化学方程式为                 

(4)将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后,加入铁粉,可制备FeSO4。酸溶过程中需保持溶液足够酸性,其原因是                  

透析新课标高考中平衡常数5、.(07年山东理综·28)(11分)二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料,但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。

(1)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3

2SO2(g)+O2(g)透析新课标高考中平衡常数2SO3(g)

某温度下,SO2的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如右图所示。根据图示回答下列问题:

①将2.0mol SO2和1.0mol O2置于10L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10MPa。该反应的平衡常数等于_____。

②平衡状态由A变到B时.平衡常数K(A)_______K(B)(填“>”、“<”或“=”)。

(2)用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H=-574 kJ·mol-1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)     △H=-1160 kJ·mol-1

若用标准状况下4.48L CH4还原NO2至N2整个过程中转移的电子总数为______(阿伏加德罗常数的值用NA表示),放出的热量为______kJ。

(3)新型纳米材料氧缺位铁酸盐(MFe2Ox3<x<4,M=Mn、Co、Zn或Ni=由铁酸盐(MFe2O4)经高温还原而得,常温下,它能使工业废气中的酸性氧化物分解除去。转化流程如图所示:

透析新课标高考中平衡常数

 

 

 

 

 

请写出MFe2Ox分解SO2的化学方程式                              (不必配平)。

6、(12分)(08年广东化学·24)科学家一直致力研究常温、常压下“人工围氮”的新方法。曾有实验报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105Pa、反应时间3 h):

T/K

303

313

323

353

NH3生成量/(10-6mol)

4.8

5.9

6.0

2.0

相应的热化学方程式如下:

          N2(g)+3H2O(1)=2NH3(g)+透析新课标高考中平衡常数O2(g)    ΔH=+765.2 kJ·mol-1

回答下列问题:

(1)请在答题卡的坐标图中画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图,并进行必要标注。

(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议:             。

(3)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 透析新课标高考中平衡常数2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为透析新课标高考中平衡常数。计算

①该条件下N2的平衡转化率;

②该条件下反应2NH3(g)透析新课标高考中平衡常数N2(g)+3H2(g)的平衡常数。

7.(09年广东化学·20)(10分)甲酸甲酯水解反应方程式为:HCOOCH3(l)+H2O(l)透析新课标高考中平衡常数HCOOH(l)+CH3OH(l);△H>0,某小组通过试验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不计)。反应体系中各组分的起始量如下表:

组分

HCOOCH3

H2O

HCOOH

CH3OH

物质的量/mol

1.00

1.99

0.01

0.52

甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化如下图:

透析新课标高考中平衡常数

(1)根据上述条件,计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率,结果见下表:

反应时间范围/min

0~5

10~15

20~25

30~35

40~45

50~55

75~80

平均反应速率/(10-3mol·min-1)

1.9

7.4

7.8

4.4

1.6

0.8

0.0

请计算15-20min范围内甲酸甲酯的减少量为           mol,甲酸甲酯的平均反应速率为      mol·min-1(不要求写出计算过程)。

(2)依据以上数据,写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因:          。

(3)上述反应的平衡常数表达式为:透析新课标高考中平衡常数,则该反应在温度T1下的K值为             。

(4)其他条件不变,仅改变温度为T2(T2大于T1),在答题卡框图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

 

答案及解析

1、解析:求①的平衡常数的关键是求氨气的平衡浓度,若碘化氢不分解时,NH3(g)和HI(g) 的平衡浓度是相等的,因此2c(H2) 与容器中平衡浓度c(HI)之和即为氨气的平衡浓度5 mol·L-1,故此温度下反应①的平衡常数为20。答案:C

2、解析:该反应的正反应为放热反应,温度升高,化学平衡向左移动。所以灯丝附近温度越高,WI2的转化率越高,B错。平衡常数,应为生成物除以反应物:

K=c(WI2)/c(W)·c(I2)利用该反应,可往钨矿石中,加如I2单质,使其反应生成WI2富集,再通过高温加热WI2生成钨,从而提纯W,D正确。答案:AD。

透析新课标高考中平衡常数3、解析:随着温度的不断升高,I3的浓度逐渐的减小,说明反应向逆方向移动,也就意味着该反应是放热反应,所以△H<0,所以A项错;因为K=透析新课标高考中平衡常数,T2>T1,所以当温度升高时,反应向逆方向移动,即K1>K2;C项,从图中可以看出D点并没有达到平衡状态,所以它要向A点移动,这时I3的浓度在增加,所以v>v,C项正确;D项,从状态A到状态B,I3的浓度在减小,那么I2的浓度就在增加。透析新课标高考中平衡常数答案:BC。

4、解析:难度,易。此题是比较中规中矩考查化学平衡知识的题目,题目条件比较直接,学生完成得应比较愉快。答案:(10分)

(1)1.6×103L/mol  80%(计算过程略)

(2)B、C

(3)SO2+H2O+Na2SO3=2NaHSO3

(4)抑制Fe2、Fe3的水解,防止Fe2被氧化成Fe3

5、解析:(1)据题意当容器中总压强为0.10MPa时,SO2的平衡转化率为0.80,据此可计算得出平衡时c(SO2)=0.040mol·L-1;c(O2)=0.020mol·L-1;c(SO3)=0.16mol·L-1

根据平衡常数的计算式:K=透析新课标高考中平衡常数=800L·mol-1;只要温度不变,平衡常数就不改变,在此变化过程中,只有压强的改变,温度未发生变化,故K(A)=K(B)。

   (2)用标准状况下4.48LCH4还原NO2至N2,4.48LCH4的物质的量为0.20mol,在此过程中CH4中碳元素的化合价有-4价升高到+4价,转化为CO2,失去电子的总物质的量为0.20mol×8= 1.60mol,故转移电子数为1.60NA。由题目给知的热化学方程式,根据盖斯定律可以得出CH4还原NO2至N2的热化学方程式为:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)    △H=-867 kJ·mol-1,则0.2molCH4反应放出的热量为867 kJ·mol-1×0.2mol=173.4kJ。

   (3)此题中反应物已知为MFe2OX和SO2,反应后生成MFe2O4,由MFe2OX转化为MFe2O4,氧原子数增加,故SO2失去氧原子转化为S,反应式为:MFe2OX+SO2=MFe2O4+S。

答案:(1)①800L·mol-1  ②= (2)1.60NA(或1.6NA)  173.4 (3)MFe2Ox+SO2→MFe2O4+S

6、、解析:(1)画图略,要点:1.催化剂可降低反应的活化能,但对这各反应前后能量变化并不产生任何影响。2.该反应为吸热反应,所以反应物的总能量要低于生成物的总能量。

(2)请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议:升高温度,增大反应物N2的浓度,不断移出生成物脱离反应体系。

解释:该反应正反应是吸热反应,升高温度,使化学平衡向正反应方向移动,从而增大NH3生成量,升高温度也能提高反应速率;增大反应N2浓度,加快反应速率,并使化学平衡向右移动;不断移出生成物脱离反应体系,使平衡向右移动,增大NH3生成量。 

(3) ①该条件下N2的平衡转化率:66.7%     ②该条件下反应2NH3(g) 透析新课标高考中平衡常数N2(g) +3H2(g)的平衡常数为0.005

解释:由三行式法计算可知,起始时,c(N2)=0.3mol/l.平衡时,c(N2)=0.1mol/l; c(H2)=0.2mol/l; c(NH3)=0.4mol/l 。①所以N2的平衡转化率=(0.3-0.1)/0.3*100%=66.7%②反应2NH3(g) 透析新课标高考中平衡常数 N2(g) +3H2(g)的平衡常数K= c(N2)* c(H2)3/ c(NH3)2=0.005

答案:(1)

透析新课标高考中平衡常数

(2)研制新型高效催化剂(升高温度,增大反应物N2的浓度,不断移出生成物脱离反应体系)

(3)①66.7% ②0.005

7、解析:(1)15min时,甲酸甲酯的转化率为6.7%,所以15min时,甲酸甲酯的物质的量为1—1.00mol×6.7%==0.933mol;20min时,甲酸甲酯的转化率为11.2%所以20min时,甲酸甲酯的物质的量为1—1.00mol×11.2%==0.888mol,所以15至20min甲酸甲酯的减少量为0.933mol—0.888mol=0.045mol,则甲酸甲酯的平均速率==0.045mol/5min==0.009mol·min-1

(2)从题给数据不难看出,平均速率的变化随转化率的增大先增大再减小,后保持不变。因为反应开始甲酸甲酯的浓度大,所以反应速率较大,后随着反应进行甲酸甲酯的浓度减小,反应速率减小,当达到平衡时,反应速率几乎不变。

(3)由图象与表格可知,在75min时达到平衡,甲酸甲酯的转化率为24%,所以甲酸甲酯转化的物质的量为1.00×24%==0.24mol,结合方程式可计算得平衡时,甲酸甲酯物质的量==0.76mol,水的物质的量1.75mol,甲酸的物质的量==0.25mol 甲醇的物质的量==0.76mol

。所以K=(0.76×0.25)/(1.75×0.76)=1/7