四大平衡常数的比较及应用

1、热考题型突破系列(八) 四大平衡常数的比较及应用,【题型示例】 角度一化学平衡常数与平衡转化率的计算及判断 (2015浙江高考)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:,(1)已知:,计算上述反应的H=_kJmol-1。,(2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为,则在该温度下反应的平衡常数K=_(用等符号表示)。,(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为19),控制反应温度600,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以 外的

2、产物中苯乙烯的物质的 量分数)示意图如下:,掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实_。 控制反应温度为600的理由是_ _。,(4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2=CO+H2O,CO2+C=2CO。新工艺的特点有_(填编号)。,CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 不用高温水蒸气,可降低能量消耗 有利于减少积炭 有利于CO2资源利用,【解析】(1)H=反应物的总键能-生成物的总键能 =412 kJmol

3、-12+348 kJmol-1-612 kJmol-1- 436 kJmol-1=124 kJmol-1。 (2)恒压条件下,反应是体积增大的反应,反应前后体积 会发生变化, 反应后的体积V2=(1+)V,代入 平衡常数的计算公式可求出:K=2n/(1-2)V。,(3)水不参加反应,相当于通入惰性气体,保持压强不变,对于反应来说相当于减小压强,平衡向气体体积增大的方向进行,即向正反应方向进行,因此能提高乙苯的转化率。 温度控制在600,能保持较快的反应速率,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性都较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,可能使催化剂失活,且能耗大。虽然乙苯的转化率提高,但苯乙烯的

4、选择性大幅下降。,(4)与掺水蒸气工艺相比,不用高温水蒸气,可降低能量消耗;CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移;CO2+C=2CO,有利于减少积炭,且充分利用了CO2资源。,答案:(1)124 (2)Kc=2n/(1-2)V或Kp= p (3)正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果,温度控制在600,能保持较快的反应速率,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性都较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大 (4),角度二利用电离平衡常数确定离子浓度比值的变化 (2014山东高考)已知某温度下CH3COOH和NH3H2O的电

5、离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 molL-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中 (),A.水的电离程度始终增大 B. 先增大再减小 C.c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和始终保持不变 D.当加入氨水的体积为10 mL时,c( )=c(CH3COO-),【解析】选D。酸碱均抑制水的电离，向CH3COOH溶液中滴加氨水，水的电离程度先增大，当恰好完全反应后，再滴加氨水，水的电离程度减小，A错误；因为氨水的电离常数Kb= 所以 因为温度不变Kb不变，随氨水的加入c(H+)减小， 不断减小，B错误；加入氨水，体积变大，c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之

6、和变小，C错误；当加入氨水的体积为,10 mL时，氨水与CH3COOH恰好反应，CH3COOH和NH3H2O 的电离常数相等，故CH3COO-和 的水解程度相同， 溶液呈中性，由电荷守恒可得c( )=c(CH3COO-)，D 正确。,角度三利用水的离子积常数判断溶液的酸碱性 (2013大纲版全国卷)如图表示水中c(H+)和c(OH-)的关系,下列判断错误的是() A.两条曲线间任意点均有c(H+)c(OH-)=Kw B.M区域内任意点均有c(H+)c(OH-) C.图中T1T2 D.XZ线上任意点均有pH=7,【解析】选D。任何水溶液中都有Kw=c(H+)c(OH-),因此两条曲线间任一点均有

7、此关系,A项正确;XZ线上任意点溶液呈中性,M区域在XZ上方均有c(H+)c(OH-),B项正确;T1时Kw小于T2时Kw,则T1T2,C项正确;XZ线上任意点溶液呈中性,但只有在25时pH=7,D项错误。,角度四Ksp在污水处理及工农业生产中的应用 化工生产中常用MnS作沉淀剂除去工业废水中的Cu2+: Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。 下列有关叙述中正确的是() MnS的Ksp大于CuS的Ksp 达到平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+) 向溶液中加入少量Na2S固体后,溶液中c(Cu2+)、c(Mn2+)保持不变,该反应的平衡常数K= A. B. C. D.

8、,【解析】选A。对于组成相似的物质,溶度积大的物质可以转化为溶度积小的物质,所以MnS的Ksp比CuS的Ksp大,故正确;该反应达到平衡时各离子的浓度保持不变,但不一定相等,故错误;溶液中加入少量Na2S固体后,溶液中c(S2-)增大,由于温度不变,溶度积不变,故c(Cu2+)、c(Mn2+)均减小,故错误;反应的平衡常数 K= 故正确。,【类题通法】 1.Kw、Ka、Kb、Ksp、Kh之间的关系: (1)一元弱酸一元强碱盐:Kh=Kw/Ka; (2)一元强酸一元弱碱盐:Kh=Kw/Kb;,(3)多元弱碱一元强酸盐,如氯化铁: Fe3+(aq)+3H2O(l) Fe(OH)3(s)+3H+(a

9、q) Kh=c3(H+)/c(Fe3+)。 将(Kw)3=c3(H+)c3(OH-)与Ksp=c(Fe3+)c3(OH-)两式相除,消去c3(OH-)可得Kh=(Kw)3/Ksp,2.利用平衡常数判断反应进行的方向: 对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定温度下的任意时刻,生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积所得的比,即Qc= 称为该反应的浓度商。若同一温度下该可逆反应的平衡常数为K,则: (1)QcK,反应向逆反应方向进行。,【强化训练】 1.(2016保定模拟)煤化工生产中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知: CO(g)+H2O(g) H2(g

10、)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表:,则下列说法错误的是() A.在830,等物质的量的CO和H2O反应达到平衡时,CO的转化率为50% B.上述正向反应是放热反应 C.某温度下上述反应平衡时,恒容、升高温度,原化学平衡向逆反应方向移动 D.在500时,反应达到平衡后,增大压强,平衡常数K减小,【解析】选D。等物质的量CO和H2O反应,平衡时K=1说明平衡时各物质的浓度相同,由于起始量相同,所以转化量相同,转化率为50%,故A正确;温度升高平衡常数减小,说明温度升高,平衡逆向移动,因此逆向是吸热反应,正向是放热反应,故B正确;反应是放热反应,温度升高,平衡向吸热反应方向移动,即逆向进行

11、,故C正确;平衡常数随温度变化,不随压强变化,故D错误。,2.(2016梧州模拟)向盛有1 mL 0.1 molL-1MgCl2溶液的试管中滴加1 mL 0.2 molL-1氨水,观察到有白色沉淀生成,再滴加1 mL 0.1 molL-1FeCl3溶液,发现白色沉淀转化为红褐色沉淀。由以上现象可以推知,下列叙述正确的是() A.生成白色沉淀的离子方程式是 Mg2+2OH-=Mg(OH)2,B.白色沉淀转化为红褐色沉淀的离子方程式是 3Mg(OH)2+2Fe3+=3Mg2+2Fe(OH)3 C.上述实验说明Mg(OH)2的Ksp小于Fe(OH)3的Ksp D.最后所得的溶液中离子浓度大小关系为c

12、(Cl-) c( )c(Mg2+)c(Fe3+)c(OH-)c(H+),【解析】选B。一水合氨为弱电解质,正确的离子方程式为Mg2+2NH3H2O=Mg(OH)2+2 ,故A错误;白色沉淀转化为红褐色沉淀,说明Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶,属于沉淀转化问题,反应的方程式为3Mg(OH)2+2Fe3+ =3Mg2+2Fe(OH)3,故B正确;Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶,Mg(OH)2的Ksp大于Fe(OH)3的Ksp,故C错误;最后所得溶液中含有NH4Cl溶液,溶液呈酸性,应为c(H+)c(OH-),故D错误。,3.(2016福州模拟)在一定温度下将3 mol CO2和 2 m

13、ol H2混合于2 L的密闭容器中,发生如下反应: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) (1)该反应的化学平衡常数表达式K=_。 (2)已知在700时,该反应的平衡常数K1=0.6,则该温 度下反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数 K2=_,反应 CO2(g)+ H2(g) CO(g)+ H2O(g)的平衡常数K3=_。,(3)已知在1 000时,该反应的平衡常数K4为1.0,则该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)。 (4)在1 000下,某时刻CO2的物质的量为2 mol,则此时v(正)_v(逆)(填“”“=”或“”)。该温度下反应达到平衡时,C

14、O2的转化率为_。,【解析】(2)K2= ,K3= 。(3)升高温度,平衡常数增大,说明平衡向正反应方向移动,即正反应是一个吸热反应。(4)CO2的物质的量为2 mol时,H2为1 mol,CO为1 mol,H2O(g)为1 mol,其浓度分别为1 molL-1、 0.5 molL-1、0.5 molL-1、0.5 molL-1,则 Qc= v(逆)。起始时,c(CO2)= =1.5 molL-1,c(H2)= =1 molL-1,设达平衡时,CO的浓度为x CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 起始浓度(molL-1)1.51 00 转化浓度(molL-1)xx xx 平衡浓度

15、(molL-1)1.5-x1-x xx,解得:x=0.6 molL-1 所以,(CO2)= 100%=40%,答案:(1) (2)1.670.77 (3)吸热(4)40%,4.已知K、Ka、Kb、Kw、Kh、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离平衡常数、弱碱的电离平衡常数、水的离子积常数、盐的水解平衡常数、难溶电解质的溶度积常数。,(1)有关上述常数的说法正确的是_。 a.它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度 b.它们的大小都随温度的升高而增大 c.常温下,CH3COOH在水中的Ka大于在饱和CH3COONa溶液中的Ka d.一定温度下,在CH3COONa溶液中,Kw=KaKh,(2)2

16、5时,将amolL-1的氨水与0.01 molL-1的盐酸 等体积混合所得溶液中c( )=c(Cl-),则溶液显 _(填“酸”“碱”或“中”)性;用含a的代数 式表示NH3H2O的电离平衡常数Kb=_。 (3)25时,H2SO3 +H+的电离常数Ka=1 10-2molL-1,则该温度下pH=3、c( )= 0.1 molL-1的NaHSO3溶液中c(H2SO3)=_。,(4)高炉炼铁中发生的反应有 FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)H”“”或“=”)v(逆)。,(5)已知常温下Fe(OH)3和Mg(OH)2的Ksp分别为8.0 10-38、1.010-11,向浓度均为0.1 molL-1的FeCl3、MgCl2的混合溶液中加入碱液,要使Fe3+完全沉淀而Mg2+不沉淀,应该调节溶液pH的范围是_。(已知lg20.3),【解析】(1)对于正反应为放热反应的化学平衡,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,b选项错误;温度不变,CH3COOH的电离平衡常数不变,c选项错误。 (2)根据电荷守恒得c(H+)+c( )=c(Cl-)+c(OH-),因为c( )=c(Cl-),所以c(H+)=c(OH-),故溶液显中性。Kb=,(3)由Ka= 代入数据得c(H2SO3)=0.01 molL-1。 (4)根据方程式可得K= 设开始时c(C