专题――高中化学中的“四大平衡”

1、2012莲花中学高三化学专题3,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。,考纲展示与 高考导视,考纲展示与 高考导视,考纲展示与 高考导视,考纲展示与 高考导视,返回,返回,返回,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

2、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）

3、。 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；,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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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、4）,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

9、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/L NaOH溶液中逐滴滴加0.1mol/L CH3COOH溶液，比较各种离子浓度的

10、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：,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,试剂原始浓度 反应起始浓度,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 + KCl NaCl + 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）

11、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,4. 勒夏特列原理的综合应用,反应的特点,物质的状态,反应体积变化,吸、放热,浓度,温度,压强,催化剂,正逆反应 速率变化,平衡移动,物理量 变化,转化率、产率,体积、压强,物质的量浓度,质量分数、体积分数,平均相对分子质量,密度等,质量、物质的量,条件的改变,三段式求平衡常数,5. 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,Qc K （ Ksp ）向逆反应（生成沉淀）方向移动,例题（7）,例题（8）,例题（9）,6. 转化率（电离程度、水解程度）的变化,(1)利用勒夏特列原

12、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

13、，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pOHlgc(OH)，则 pHpOH_(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

14、Ksp4.91013、AgI的Ksp8.31017。 (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

15、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0.002 molL1的溶液中加入等体积的浓度为4103 mol/L AgNO3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AgB

16、r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 lg Kw (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

17、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“,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)Pb2E2Pb(s)2H。则脱铅的最合适pH范围为_(填代号),A45 B

18、67 C910 D1112,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pH8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pH6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+、

19、Al3+、Fe3+等杂质）生产医药级二水合氯化钙（CaCl22H2O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8.08.5，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.

20、称取0.7500 g样品，溶解，在250 mL容量瓶中定容； b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中； c.用0.0500 molL-1 AgNO3溶液滴定至终点，消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39 mL。 上述测定过程中需用溶液润洗的仪器有_，计算上述样品中CaCl22H2O的质量分数为_； 若用上述方法测定的样品中 CaCl22H2O 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+)=210-7 molL-1，在该温度下Mg(OH)2的溶度积KspMg(OH)2=3.210-11,求该温度下饱和的Mg(OH)2溶液的pH为

21、 。,酸式滴定管,99.9%,10,样品中存在少量的 NaCl,少量 CaCl22H2O 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：CaCl22H2O 2AgNO3 1470.750025/250 20.050000.02039 解得：0.999199.

22、9% 根据反应：CaCl22H2O 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 CaCl22H2O 晶体中的结晶水失去一部分都能使 CaCl22H2O 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(CH3C

23、OO)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+) +1c(H2S)=c(OH-)+1c(S2-),再如：在K2S溶液中，H2O电离出的OH存在如下关系：c(O

24、H)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0.1 molL1HF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）=110-10. 计算该温度下 BaS

25、O4的溶解度. 计算该温度下 BaSO4在100mL0.2mol/LNa2SO4溶液中的溶解质 量。 将浓度为0.1mol/L的BaCl2溶液与0.2mol/L 的Na2SO4溶液等体 积混和，充分搅拌后过滤，取滤液100mL与100mL 2mol/L Na2SO4混和，计算混和液中c（Ba2+）。,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-）= 110-10，即溶解的c（Ba2+）=c（SO42-）=110-5，可知溶解的BaSO4为110-5mol/L 即S（BaSO4）= 110-5mol/L233g/mol0.1L=2.33

26、10-4g,分析：注意两点，第一混和先反应，由于溶解的BaSO4很少，故剩余SO42-即反应过量的。第二混和以后溶液体积有变化，计算 过量SO42-浓度以混和后体积为准。 答案：110-10mol/L,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=2330.1110-10/0.2（g）,例（3）某温度下， Mg(OH)2的Ksp=5.010-13，MgF2的Ksp=7.210-11。如果向Mg(OH)2悬浊液中加入NaF溶液，使Mg(OH)2转化为MgF2，求F-的最小浓度。,分析：饱和Mg(OH)2溶液中c(Mg2+)=(5.010-1

27、3/4) 1/3= 510-5，故欲使其转化为MgF2，F-最小浓度为 （7.210-11/510-5)1/2=1.210-3mol/L,返回,例（4）2011福建卷已知25 时，KspFe(OH)32.791039，该温度下反应Fe(OH)33H Fe33H2O的平衡常数K_。,例(5)（2011山东高考）已知： 2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g） H=-196.6 kJmol-1 2NO（g）+O2（g） 2NO2（g） H=-113.0 kJmol-1 则反应NO2（g）+SO2（g） SO3（g）+NO（g）的H= kJmol-1。 （1） 一定条件下，将NO2与SO2以体积比

28、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 cSO3和NO的体积比保持不变 d每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 （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

29、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+B 2C(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1mol C.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QcK，