化学中的“四大平衡”复习.ppt

高中化学四大平衡 广义的化学平衡包括狭义的化学平衡 电离平衡 水解平衡 沉淀溶解平衡 这四个方面的平衡被称为四大化学平衡 四大平衡是中学化学知识结构的核心内容之一 起到了支点的作用 化学平衡 电离平衡 水解平衡 沉淀溶解平衡 一 四大平衡的共同点 1 所有的平衡都建立在可逆 反应 的基础上 2 都能用勒夏特列原理解释平衡的移动 只减弱 一般不消除 不逆转 勒夏特列原理 如果改变影响化学平衡的一个条件 如温度 浓度 压强等 平衡就向减弱这个改变的方向移动 1 浓度的改变 增大反应物浓度或减小生成物浓度 平衡向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 平衡向逆反应方向移动 一般 增谁谁多 减谁谁少 2 温度的改变 升高温度 平衡向吸热的方向移动 如合成氨反应的平衡向逆反应方向移动 降低温度 平衡向放热的方向移动 如合成氨反应的平衡向正反应方向移动 3 压强的改变 增大压强 平衡向气态物质体积减小的方向进行 如合成氨反应的平衡向正反应方向移动 减小压强 平衡向气态物质体积增大的方向移动 如合成氨反应的平衡向逆反应方向移动 一般加压以后平衡不管朝哪边移动 所有气体浓度均增大 反之减小 改变压强实际为同等程度增大或减小所有气体浓度 故也为 增谁谁多 减谁谁少 体现 同样可以应用勒夏特列原理解释电离平衡 盐类的水解平衡 沉淀溶解平衡中条件的改变对平衡移动方向的影响 3 都存在平衡常数K K仅受温度影响 可以用Qc和K判断平衡移动的方向 K越大 反应的正向进行程度越大 Q K 平衡逆向移动 直至达新的化学平衡状态Q K 化学平衡状态Q K 平衡正向移动 直至达新的化学平衡状态 4 都满足电荷守恒和元素守恒 如 CH3COONa溶液中存在电荷守恒 c Na c H c CH3COO c OH 元素 物料 守恒 c Na c CH3COO c CH3COOH 二 四大平衡不同点的比较1 研究对象不同 2 产生原因及影响因素不同中学化学中的四种平衡产生的原因不同 影响它们的因素也不完全相同 1 化学平衡可逆反应中 正反应和逆反应同时进行 只是在达到平衡前 正反应速率大于逆反应速率 当这个可逆反应进行到正反应速率与逆反应速率相等时 反应物与生成物浓度不再改变 达到表面上静止的一种 平衡状态 这就是化学反应所能达到的限度 同条件下 反应物的转化率最大 影响这种平衡的因素有温度 压强 反应物及生成物的浓度等 2 电离平衡弱电解质在溶液中不能完全电离 电离的同时 溶液中的离子又可以结合为弱电解质的分子 影响弱电解质电离的因素主要是浓度及温度 3 水解平衡盐类水解的根本原因是 某些盐类溶解于水后 其电离出的阴 阳离子与水电离出的H OH 结合 对水的电离平衡造成了影响 即促进了水的电离平衡 使水的电离平衡向正反应方向移动 导致溶液中的氢离子浓度 氢氧根离子浓度发生变化 盐类水解的规律如下 影响盐类水解的主要因素是温度和浓度 温度越高 越利于水解 所以温度高的碳酸钠溶液比温度低的碳酸钠溶液碱性强 盐的浓度越小 水解程度越大 加水稀释有利于盐类水解反应的进行 4 沉淀溶解平衡难溶电解质在水溶液中并不是完全不溶 其溶解产生的离子脱离难溶物进入溶液 溶液中的离子又会结合成难溶电解质 影响沉淀溶解平衡的因素主要是浓度 同离子效应 温度和能与难溶电解质相应离子反应的其他离子 盐类的水解规律可概括为 不弱不水解 有弱才水解 都弱都水解 越弱越水解 谁强显谁性 其中 越弱越水解 可以从三角度理解 由于多元弱酸逐级电离平衡常数越来越弱 故其正盐酸根水解较其酸式盐中酸式酸根强 或其酸根多级水解逐级减弱 如 PO43 HPO42 H2PO4 同类型离子水解 比较电离出该离子的分子或离子电离程度强弱 酸性或碱性强弱 如 CO32 C6H5O HCO3 不同类型的离子水解 比较其对应电离出该离子的分子或离子电离程度强弱 如 醋酸和氨水电离常数几乎相等 故醋酸铵显中性 而碳酸铵则显碱性 碳酸氢根酸性比醋酸弱 只与温度有关 注意 同一个反应中 反应物可以是多种 但不同反应物的转化率可能不同 增大一种反应物的浓度 可以提高其他反应物的转化率 自身转化率一般减小 工业生产中常常提高廉价原料的比例 从而增大其他原料的利用率 恒温下在一恒容容器中充入NO2 反应至平衡后再向其中充入NO2达新平衡 则该过程中NO2转化率变化是 只与温度有关 只与温度有关 例题 1 6 5 水解平衡常数Kh对于一元弱酸根或弱碱阳离子 其水解Kh Kw Ka或Kh Kw Kb 对于多元弱酸根如CO32 其第一步水解Kh1 Kw Ka2 第二步水解即HCO3 水解Kh2 Kw Ka1 其中Ka1 Ka2分别为碳酸的第一 二步电离平衡常数 本质上讲同条件同浓度下不同离子水解程度大小 或pH大小 取决于Kh 酸式盐显什么性取决于其Kh和Ka 7 溶解度S一定条件下每100g溶剂所能溶解溶质的最大质量 单位g 难溶电解质在纯水中的溶解度和溶度积可以互相换算 也可以根据溶度积计算难溶电解质在特定溶液中的溶解度 只与温度有关 只与温度有关 例题 2 3 附 常见弱电解质电离常数 1 平衡的本质 v正 v逆 1 平衡的建立和平衡判据 三 考查重点 单位时间内某化学键断裂的条数与单位时间内生成该化学键 或另外的化学键 的条数关系 单位时间内消耗某物质的物质的量与生成该物质 或其他物质 的物质的量关系 给出在同一反应的同一时间内用不同物质表示的反应速率等等 这类判断可总结为一句话 双向同时 符合比例 2 利用化学平衡状态的特点来判断处于平衡状态的化学反应 其特点表现为 三定 即 反应物的转化率一定 反应混合体系中各物质的百分含量一定 反应混合体系中各物质的浓度一定 上述中的任一种都能说明反应已达平衡状态 即 特征量一定 达到平衡 3 利用 变量恒定 达到平衡 与 不变量 来判断选定反应中 变量 即随反应进行而变化的量 当变量不再变化时 反应已达平衡 常见的可能变量有 气体的颜色 容器压强 恒容 容器体积 恒压 密度 相对分子质量等 把握条件 恒容或恒压 认清变量 反应过程中变量不变 说明反应达到平衡 例题 5 2 溶液中离子浓度的比较 例 向0 1mol LNaOH溶液中逐滴滴加0 1mol LCH3COOH溶液 比较各种离子浓度的大小 抓住主要过程 有反应先考虑反应 再考虑电离 水解 一般水解和弱电解质电离是微弱的 且以第一步水解或电离为主 弱酸酸式盐要把握其电离为主还是水解为主 充分利用守恒 注意区分几个概念 恰好中和中性 溶液浓度离子浓度 电离平衡水解平衡 离子浓度三守恒 3 用平衡移动理论解释相关现象 列平衡 说移动 得结论 解释 1 接触法制硫酸中通入过量的空气 2 合成氨工业高压 20MPa 50MPa 3 金属钠从熔化的氯化钾中置换金属钾Na KClNaCl K 4 草木灰和铵态氮肥不能混合使用 5 配置三氯化铁溶液应在浓盐酸中进行 6 用热的纯碱水洗油污或对金属进行表面处理 7 碳酸型饮料打开瓶盖倒入玻璃杯时会泛起大量泡沫 三段式求平衡常数 4 平衡常数的计算和Qc K或Ksp的比较 已知平衡常数求某物质的浓度 QcK Ksp 向逆反应 生成沉淀 方向移动 例题 7 例题 8 例题 9 5 转化率 电离程度 水解程度 的变化 1 利用勒夏特列原理判断平衡移动方向 判断转化率 电离或水解程度变化 2 等效平衡思想 对于恒温恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应 极限转化后其物质的量与对应组分的起始加入量相同 则建立的化学平衡状态是等效的 全等效平衡 对于恒温恒容条件下的反应前后气体体积不变的可逆反应极限转化后其物质的量比与对应组分的起始加入量对应成比例 则建立的化学平衡状态是等效的 等比平衡 恒温恒压条件下的可逆反应 无论体积可变或不变 极限转化后对应成比例 可建立等效平衡 等比平衡 在解题时若遇到将两个状态进行比较这类问题时 可以 虚拟 一个中间过程 创建等效平衡为中间平衡 如一个容器 一个隔板等 然后再进行比较 例题 9 例题 10 综合例题一 2011 山东模拟 回答下列有关常数的问题 1 Kw的数学表达式是 温度升高Kw 选填 变大 变小 或 不变 若定义pOH lgc OH 则pH pOH 用含Kw的代数式表示 2 Ka通常表示弱酸的电离平衡常数 Ka值越大表示该弱酸的酸性 通常称为电离度 顾名思义是表示弱电解质的电离程度大小的一个指标 对于某一元弱酸 当用蒸馏水稀释该酸时 Ka 选填 变大 变小 或 不变 选填 变大 变小 或 不变 3 Ksp表示难溶物的溶度积常数 该常数越大表示 已知常温下 AgBr的Ksp 4 9 10 13 AgI的Ksp 8 3 10 17 1 现向含有AgI的饱和溶液中 加入固体AgNO3 则c I 填 变大 变小 或 不变 下同 若改加更多的AgI 则c Ag 若改加AgBr固体 则c I 而c Ag 2 有关难溶盐的溶度积及溶解度 与AgBr AgI无关 有以下叙述 其中正确的是 A 两种难溶盐电解质 其中Ksp小的溶解度一定小B 向含有AgCl固体的溶液中加入适量的水使AgCl溶解又达到平衡时 AgCl的溶度积不变 其溶解度也不变C 将难溶电解质放入纯水中 溶解达到平衡时 电解质离子的浓度的乘积就是该物质的溶度积D 溶液中存在两种可以与同一沉淀剂生成沉淀的离子 则Ksp小的一定先生成沉淀E 难溶盐电解质的Ksp与温度有关F 同离子效应 加入与原电解质具有相同离子的物质 使难溶盐电解质的溶解度变小 也使Ksp变小 3 现向含有NaBr KI均为0 002mol L 1的溶液中加入等体积的浓度为4 10 3mol LAgNO3溶液 则产生的沉淀是 填化学式 若向其中再加入适量的NaI固体 则最终可发生沉淀转化的总反应方程式表示为 解析 考查水的电离 弱电解质电离以及难溶电解质溶解平衡 1 AgI s Ag aq I aq Ag 浓度增大 溶解平衡向左移动 c I 减小 若加入溶解性较大的AgBr则c Ag 增大 c I 将会减小 2 难溶盐组成不同 Ksp小溶解度不一定小故A错 C项 应该是离子浓度幂的乘积 D项 看盐组成形式 F项Ksp只与温度有关 故C D F均错 答案 1 c H c OH 变大 lgKw 2 越强不变变大 3 难溶电解质在水中的溶解性越大 1 变小 不变 变小变大 2 BE 3 AgI AgBr AgBr s I aq AgI s Br aq 综合例题二 水体中重金属铅的污染问题备受关注 水溶液中铅的存在形态主要有Pb2 Pb OH Pb OH 2 Pb OH 3 Pb OH 42 各形态的浓度分数 随浓度pH变化的关系如右图所示 1表示Pb2 2表示Pb OH 3表示Pb OH 2 4表示Pb OH 3 5表示Pb OH 42 1 Pb NO3 2溶液中 c NO3 c Pb2 2 填 或 往该溶液中滴入氯化铵溶液后 c NO3 c Pb2 增加 可能的原因是 2 往Pb NO3 2溶液中滴入稀NaOH溶液 pH 8时溶液中存在的阳离子 Na 除外 有 pH 9时主要反应的离子方程式为 Pb2 与Cl 反应 Pb2 浓度减小 Pb2 Pb OH H Pb OH OH Pb OH 2 3 某课题小组制备了一种新型脱铅剂 能有效去除水中的微量铅 实验结果如下表 上表中除Pb2 外 该脱铅剂对其他离子的去除效果最好的是 4 如果该脱铅剂 用EH表示 脱铅过程中主要发生的反应为 2EH s Pb2 E2Pb s 2H 则脱铅的最合适pH范围为 填代号 A 4 5B 6 7C 9 10D 11 12 Fe3 B 解析 1 NO3 不会增加 故Pb2 与Cl 结合成微溶物PbCl2而使浓度减小 2 根据图中曲线可看出在pH 8时溶液中铅元素除Pb2 和Pb OH 外 还有Pb OH 2 但题目要求回答阳离子 3 要看去除效果的好坏不要只看处理后剩余的多少 也不能只看去除了多少 而应看去除的比率 除Pb2 外 当属Fe3 去除比率最高 4 据图观察和方程式判断 c H 过大 不利用沉淀生成 而c OH 过大Pb2 则会以其他形式存在 在pH 6时 c Pb2 最大 有利于平衡右移 医用氯化钙可用于生产补钙 抗过敏和消炎等药物 以工业碳酸钙 含有少量Na Al3 Fe3 等杂质 生产医药级二水合氯化钙 CaCl2 2H2O的质量分数为7 0 103 0 的主要流程如下 1 除杂操作是加入氢氧化钙固体 调节溶液的pH为8 0 8 5 以除去溶液中的少量Al3 Fe3 检验Fe OH 3是否沉淀完全的实验操作是 2 酸化操作是加入盐酸 调节溶液的pH约为4 0 其目的有 将溶液中的少量Ca OH 2转化为CaCl2 防止Ca2 在蒸发时水解 取少量上层清液 滴加KSCN溶液 若不出现血红色 表明Fe OH 3沉淀完全 防止溶液吸收空气中的CO2 综合例题三 2009江苏高考 3 测定样品中Cl 含量的方法是 a 称取0 7500g样品 溶解 在250mL容量瓶中定容 b 量取25 00mL待测溶液于锥形瓶中 c 用0 0500mol L 1AgNO3溶液滴定至终点 消耗AgNO3溶液体积的平均值为20 39mL 上述测定过程中需用溶液润洗的仪器有 计算上述样品中CaCl2 2H2O的质量分数为 若用上述方法测定的样品中CaCl2 2H2O的质量分数偏高 测定过程中产生的误差可忽略 其可能原因有 4 已知t 时 纯水中c H 2 10 7mol L 1 在该温度下Mg OH 2的溶度积 Ksp Mg OH 2 3 2 10 11 求该温度下饱和的Mg OH 2溶液的pH为 酸式滴定管 99 9 10 样品中存在少量的NaCl 少量CaCl2 2H2O失水 解析 1 Fe OH 3若没有沉淀完全 则会有Fe3 存在 检验Fe3 的存在用KSCN溶液最好 检验时一定要取上层清液 检验现象才能明显 2 空气中的CO2会影响产品的纯度 所以应该防止溶液吸收空气中的CO2 3 滴定实验中 需润洗的仪器有滴定管 移液管 该实验是用AgNO3溶液滴定待测液的 所以需要润洗的仪器一定有酸式滴定管 根据关系式 CaCl2 2H2O 2AgNO3147 0 7500 25 25020 05000 0 02039解得 0 9991 99 9 根据反应 CaCl2 2H2O 2Cl 2AgNO3若Cl 偏多 则滴定的结果就会偏高 所以样品中若混有含氯量高于CaCl2的或CaCl2 2H2O晶体中的结晶水失去一部分都能使CaCl2 2H2O的质量分数偏高 4 略 请同学们完成专练 守恒法 在四大平衡中的应用复习弱电解质的电离平衡和盐类的水解平衡时 巧用守恒思想 可使复习效果事半功倍 1 电荷守恒电解质溶液中正负电荷总数相等 运用电荷守恒式可求解某一离子的物质的量浓度及判断溶液中离子浓度大小的顺序 如CH3COONa溶液中存在 c Na c H c CH3COO c OH 因溶液呈碱性 则c Na c CH3COO c OH c H 特定的原子或原子团电离或水解后有多种存在形式 但其总浓度或总物质的量保持不变 3 质子守恒电解质溶液中 由于电离 水解等过程的发生 往往存在质子 H 的转移 但转移过程中质子数量保持不变 称为质子守恒 如在NaHS溶液中 存在NaHS的电离和水解及H2O的电离 其质子转移情况可作如下分析 关键是选定参照 以水分子和溶质溶解得到的未水解和未电离的分子或离子为参照 获得了质子的和失去质子的分别与H OH 写同侧 其系数为相对参照得失的质子数如上述溶液 c H 1 c H2S c OH 1 c S2 再如 在K2S溶液中 H2O电离出的OH 存在如下关系 c OH c H c HS 2c H2S 对于平衡理论的复习既要综合做好四种平衡的对比 找出异同 又要区别对待 不能混淆 例题 6 例 1 2011 课标全国卷 将浓度为0 1mol L 1HF溶液加水不断稀释 下列各量始终保持增大的是 A c H B Ka HF C D 分析 稀释时HF的电离平衡右移 c H c HF 均减小 但电离常数只与温度有关 温度不变 电离常数不变 C中随着稀释水电离出的H 浓度增大 故C项保持减小 而D中该比值等于平衡常数与c F 之比 显然该比值应该是增大的 返回 例 2 已知某温度下Ksp BaSO4 1 10 10 计算该温度下BaSO4的溶解度 计算该温度下BaSO4在100mL0 2mol LNa2SO4溶液中的溶解质量 分析 由于溶解的BaSO4很少 100g水可视为100mL溶液 饱和溶液中c Ba2 c SO42 1 10 10 即溶解的c Ba2 c SO42 1 10 5 可知溶解的BaSO4为1 10 5mol L即S BaSO4 1 10 5mol L 233g mol 0 1L 2 33 10 4g 分析 注意由于溶解的BaSO4很少 溶解得到的SO42 很少 故溶液中SO42 即原始浓度 答案 S 233 0 1 1 10 10 0 2 g 返回 例 3 2011 福建卷 已知25 时 Ksp Fe OH 3 2 79 10 39 该温度下反应Fe OH 3 3H Fe3 3H2O的平衡常数K 例 5 2011山东高考 已知 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 6kJ mol 12NO g O2 g 2NO2 g H 113 0kJ mol 1则反应NO2 g SO2 g SO3 g NO g 的 H kJ mol 1 1 一定条件下 将NO2与SO2以体积比1 2置于密闭容器中发生上述反应 下列能说明反应达到平衡状态的是 a 体系压强保持不变b 混合气体颜色保持不变c SO3和NO的体积比保持不变d 每消耗1molSO3的同时生成1molNO2 2 测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1 6 则平衡常数K 2 67 返回 凡是有粒子浓度的加减一般从三个守恒式考虑 而单纯离子浓度大小关系则考虑一般电离或水解微弱以及主要趋势 返回 例 7 一定温度和压强下向某2L容器充入氮气 氢气各1mol反应至平衡 测得气体平均相对分子质量为20 求 氮气平衡转化率 该温度下反应的平衡常数 分析 由总质量可计算出平衡时气体总物质的量 依据差量法可计算出氮气 氢气转化的量 也可依据三段式设氮气转化量列方程求解 进而计算转化率 答案 25 分析 由上一小题可得平衡时三物质的物质的量 但是请注意转换为浓度时要注意容器体积以改变 答案 48 返回 返回 例 9 2003全国 某温度下 在一容积可变的容器中反应2A B2C 均是气体 可逆反应 达到平衡 A B C物质的量分别是4mol 2mol 4mol 保持温度和压强不变 对平衡混合物中三者的量做如下调整 平衡右移的是 A 均加倍B 均增加1molC 均减半D 均减少1mol 返回 分析 设平衡时体积为V 则K V 2 A 均加倍 瞬间体积变为2V 此时各物质浓度均不变 即Qc K依旧为平衡态 C项同理依旧为平衡态 B A B C变为5mol 3mol 5mol 此时体积为1 3V 则此时Qc 1 3V 3 即Qc K 平衡将正向移动 D 同样可得Qc 0 7V K 故平衡将逆向移动 例 9 2003全国 某温度下 在