第三章 第四节 第5课时 四大平衡常数的综合应用 学案 (含答案)—2023-2024学年(人教版2019)高中化学选择性必修1

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名称 第三章 第四节 第5课时 四大平衡常数的综合应用 学案 (含答案)—2023-2024学年(人教版2019)高中化学选择性必修1
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2023-09-05 22:55:02

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第5课时 四大平衡常数的综合应用
[核心素养发展目标] 
1.构建四大平衡常数知识体系,理解四大平衡常数的关系及综合应用。
2.掌握四大平衡常数的计算。
1.四大平衡常数的比较
平衡常数 符号 适用体系 影响因素 表达式
水的离子积常数 Kw 稀的电解质溶液及纯水 温度升高,Kw增大 Kw=c(OH-)·c(H+)
电离常数 酸Ka 弱酸溶液 升温,K增大 HAH++A-,Ka=
碱Kb 弱碱溶液 BOHB++OH-,Kb=
盐的水解常数 Kh 某些盐溶液 升温,Kh增大 A-+H2OOH-+HA,Kh==
溶度积 常数 Ksp 难溶电解质溶液 升温,大多数Ksp增大 MmAn的饱和溶液:Ksp=cm(Mn+)·cn(Am-)
注意 (1)四大平衡的基本特征相同,包括逆、动、等、定、变,其研究对象均为可逆变化过程。
(2)沉淀溶解平衡有放热反应、吸热反应,升高温度后Ksp可能变大或变小;而电离平衡、水解平衡均为吸热过程,升高温度Ka(或Kb)、Kh均变大。
2.四大平衡常数的应用
(1)判断平衡移动方向
①Q与K的关系
两者表达式相同,若Q<K,平衡正向移动;若Q=K,平衡不移动;若Q>K,平衡逆向移动。
②Q与Ksp的关系
当Q>Ksp时,有沉淀析出;当Q=Ksp时,沉淀与溶解处于平衡状态;当Q<Ksp时,无沉淀析出。
(2)溶液中离子浓度比值大小的判断
如将醋酸加水稀释,在稀释过程中,c(H+)减小,由于醋酸的电离平衡常数为,此值不变,故的值增大。
(3)利用Ksp计算沉淀转化时的平衡常数
反应AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K==。
(4)利用四大平衡常数进行有关的计算
1.K、Ka、Kw分别表示化学平衡常数、弱酸电离常数和水的离子积常数,下列判断正确的是(  )
A.在500 ℃、20 MPa条件下,在5 L的密闭容器中进行合成氨反应,使用催化剂后K增大
B.常温下Ka(HCN)C.25 ℃时,pH均为4的盐酸和NH4I溶液中Kw不相等
D.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达平衡后,改变某一条件时K不变,SO2的转化率可能增大、减小或不变
2.(1)常温下,一水合氨电离常数Kb=1.8×10-5,向蒸馏水中通入一定量氨气配制浓度为
0.5 mol·L-1氨水,氨水的pH约等于______。(已知lg 2=0.3,lg 3=0.5)
(2)已知:常温下Ni(OH)2的溶度积为5.5×10-16。在0.01 mol·L-1的Ni2+溶液中滴加氨水到pH=8时,溶液中c(Ni2+)=________________________________________________。
(3)常温下,0.1 mol·L-1氯化铵溶液pH约为5,在该条件下,氯化铵水解常数Kh约为__________________________。
3.25 ℃时,已知H2SO3的电离常数为Ka1=1.4×10-2,Ka2=6.0×10-8;H2CO3的电离常数为Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11,回答下列问题:
(1)可用Na2CO3溶液吸收CO2制备NaHCO3,该反应的离子方程式是__________________
________________________________,HCO水解平衡常数为____________。
(2)计算反应SO+H2OHSO+OH-的水解常数为____________。
4.沉淀转化需要满足一定条件。25 ℃时,几种难溶盐的溶度积常数如表:
难溶盐 AgCl AgBr AgI Ag2CrO4
Ksp 1.77×10-10 5.35×10-13 8.51×10-17 1.12×10-12
回答下列问题:
(1)一般来说,相同类型的难溶电解质相互转化时,溶度积小的沉淀转化为溶度积________的沉淀容易实现。向AgCl悬浊液中加入0.1 mol·L-1的KI溶液,充分振荡,可以观察到的现象是______________________________________________________________________。
(2)AgBr转化为AgI的离子方程式为_________________________________________
________________,此反应的平衡常数为____________________________________。
(3)不同类型的难溶电解质,沉淀转化需要具体分析。25 ℃时,Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)
2AgCl(s)+CrO(aq)的平衡常数K=______,由此可见,溶度积小的Ag2CrO4也容易转化为溶度积较大的AgCl。
5.(1)已知某温度下H2S的电离平衡常数Ka1=9.1×10-8,Ka2=1.1×10-12,Ksp(CuS)=1.3×
10-36,则该温度下反应H2S+Cu2+CuS↓+2H+的化学平衡常数K=________________。
(2)已知:①Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq) ΔH=a kJ·mol-1
②H2O(l)H+(aq)+OH-(aq) ΔH=b kJ·mol-1
请写出Fe3+发生水解反应的热化学方程式:__________________________________。
(3)若Fe(OH)3的溶度积常数为Ksp,H2O的离子积常数为Kw,Fe3+发生水解反应的平衡常数K=________________(用含Ksp、Kw的代数式表示)。
6.(1)25 ℃时,在2.0×10-3 mol·L-1的氢氟酸水溶液中,调节溶液pH(忽略调节时体积变化),测得平衡体系中c(F-)、c(HF)与溶液pH的关系如图。
则25 ℃时,Ka(HF)=__________________________________________(列式求值)。
(2)联氨(N2H4)为二元弱碱,在水中的电离方程式与氨相似。联氨第一步电离的平衡常数为________(已知:N2H4+H+??N2H的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为__________________。
7.(1)[2022·湖南,16(2)①改编]某温度下,K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(CO)∶c(HCO)=1∶2,则该溶液的pH=________(该温度下H2CO3的Ka1=4.6×10-7,Ka2=5.0×10-11)。
(2)用氨水将SO2转化为NH4HSO3,再氧化成(NH4)2SO4,实验测得NH4HSO3溶液中=15,则溶液的pH为________(已知:该条件下H2SO3的Ka1=1.5×10-2,Ka2=1.0×10-7)。
第5课时 四大平衡常数的综合应用
[核心素养发展目标] 1.构建四大平衡常数知识体系,理解四大平衡常数的关系及综合应用。2.掌握四大平衡常数的计算。
1.四大平衡常数的比较
平衡常数 符号 适用体系 影响因素 表达式
水的离子积常数 Kw 稀的电解质溶液及纯水 温度升高,Kw增大 Kw=c(OH-)·c(H+)
电离常数 酸Ka 弱酸溶液 升温,K增大 HAH++A-,Ka=
碱Kb 弱碱溶液 BOHB++OH-,Kb=
盐的水解常数 Kh 某些盐溶液 升温,Kh增大 A-+H2OOH-+HA,Kh==
溶度积 常数 Ksp 难溶电解质溶液 升温,大多数Ksp增大 MmAn的饱和溶液:Ksp=cm(Mn+)·cn(Am-)
注意 (1)四大平衡的基本特征相同,包括逆、动、等、定、变,其研究对象均为可逆变化过程。
(2)沉淀溶解平衡有放热反应、吸热反应,升高温度后Ksp可能变大或变小;而电离平衡、水解平衡均为吸热过程,升高温度Ka(或Kb)、Kh均变大。
2.四大平衡常数的应用
(1)判断平衡移动方向
①Q与K的关系
两者表达式相同,若Q<K,平衡正向移动;若Q=K,平衡不移动;若Q>K,平衡逆向移动。
②Q与Ksp的关系
当Q>Ksp时,有沉淀析出;当Q=Ksp时,沉淀与溶解处于平衡状态;当Q<Ksp时,无沉淀析出。
(2)溶液中离子浓度比值大小的判断
如将醋酸加水稀释,在稀释过程中,c(H+)减小,由于醋酸的电离平衡常数为,此值不变,故的值增大。
(3)利用Ksp计算沉淀转化时的平衡常数
反应AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K==。
(4)利用四大平衡常数进行有关的计算
1.K、Ka、Kw分别表示化学平衡常数、弱酸电离常数和水的离子积常数,下列判断正确的是(  )
A.在500 ℃、20 MPa条件下,在5 L的密闭容器中进行合成氨反应,使用催化剂后K增大
B.常温下Ka(HCN)C.25 ℃时,pH均为4的盐酸和NH4I溶液中Kw不相等
D.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达平衡后,改变某一条件时K不变,SO2的转化率可能增大、减小或不变
答案 D
解析 化学平衡常数、电离常数、水的离子积常数都只与温度有关,故A、C项错误;同一温度下,弱酸的电离平衡常数越大,酸性越强,越易电离,但电离度还与浓度等有关,B项错误;化学平衡常数不变,故改变的条件不是温度,SO2的转化率可能增大、减小或不变,D项正确。
2.(1)常温下,一水合氨电离常数Kb=1.8×10-5,向蒸馏水中通入一定量氨气配制浓度为
0.5 mol·L-1氨水,氨水的pH约等于________。(已知lg 2=0.3,lg 3=0.5)
(2)已知:常温下Ni(OH)2的溶度积为5.5×10-16。在0.01 mol·L-1的Ni2+溶液中滴加氨水到pH=8时,溶液中c(Ni2+)=____________________。
(3)常温下,0.1 mol·L-1氯化铵溶液pH约为5,在该条件下,氯化铵水解常数Kh约为_________。
答案 (1)11.5 (2)5.5×10-4 mol·L-1 (3)1.0×10-9
解析 (1)设0.5 mol·L-1氨水电离出的c(OH-)为x mol·L-1,由NH3·H2ONH+OH-可知:Kb===1.8×10-5,解得:x≈3.0×10-3 mol·L-1,c(H+)== mol·L-1=×10-11 mol·L-1,pH=-lg (×10-11)=11+lg 3=11.5。
(2)pH=8时,c(OH-)=1.0×10-6 mol·L-1,由Ni(OH)2(s)??Ni2+(aq)+2OH-(aq)可知:
c(Ni2+)= mol·L-1=5.5×10-4 mol·L-1。(3)氯化铵溶液中存在水解平衡:NH+H2O??NH3·H2O+H+,0.1 mol·L-1氯化铵溶液pH约为5,则c(H+)=1.0×10-5 mol·L-1,则氯化铵水解常数Kh=≈=1.0×10-9。
3.25 ℃时,已知H2SO3的电离常数为Ka1=1.4×10-2,Ka2=6.0×10-8;H2CO3的电离常数为Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11,回答下列问题:
(1)可用Na2CO3溶液吸收CO2制备NaHCO3,该反应的离子方程式是____________________,HCO水解平衡常数为________。
(2)计算反应SO+H2OHSO+OH-的水解常数为________。
答案 (1)CO+CO2+H2O===2HCO 2.2×10-8 (2)1.67×10-7
解析 (1)HCO水解平衡常数Kh==≈2.2×10-8。(2)反应SO+H2OHSO+OH-的水解常数Kh===≈1.67×10-7。
4.沉淀转化需要满足一定条件。25 ℃时,几种难溶盐的溶度积常数如表:
难溶盐 AgCl AgBr AgI Ag2CrO4
Ksp 1.77×10-10 5.35×10-13 8.51×10-17 1.12×10-12
回答下列问题:
(1)一般来说,相同类型的难溶电解质相互转化时,溶度积小的沉淀转化为溶度积________的沉淀容易实现。向AgCl悬浊液中加入0.1 mol·L-1的KI溶液,充分振荡,可以观察到的现象是________________________________________________________________________。
(2)AgBr转化为AgI的离子方程式为_________________________________________,此反应的平衡常数为____________________________________________________________。
(3)不同类型的难溶电解质,沉淀转化需要具体分析。25 ℃时,Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)
2AgCl(s)+CrO(aq)的平衡常数K=________,由此可见,溶度积小的Ag2CrO4也容易转化为溶度积较大的AgCl。
答案 (1)更小 沉淀变为黄色 (2)AgBr(s)+I-(aq)AgI(s)+Br-(aq) 6.29×103
(3)3.57×107
解析 (1)由表格可知AgI比AgCl的溶度积更小,所以白色的AgCl沉淀可以转化为黄色的AgI沉淀。
(2)AgBr转化为更难溶的AgI,Br-被I-取代,沉淀转化的离子方程式为AgBr(s)+I-(aq)
AgI(s)+Br-(aq)。
(3)对于反应Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO(aq),K===≈3.57×107。
5.(1)已知某温度下H2S的电离平衡常数Ka1=9.1×10-8,Ka2=1.1×10-12,Ksp(CuS)=1.3×
10-36,则该温度下反应H2S+Cu2+CuS↓+2H+的化学平衡常数K=________________。
(2)已知:①Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq) ΔH=a kJ·mol-1
②H2O(l)H+(aq)+OH-(aq) ΔH=b kJ·mol-1
请写出Fe3+发生水解反应的热化学方程式:__________________________________。
(3)若Fe(OH)3的溶度积常数为Ksp,H2O的离子积常数为Kw,Fe3+发生水解反应的平衡常数K=________________(用含Ksp、Kw的代数式表示)。
答案 (1)7.7×1016 (2)Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3H+(aq) ΔH=(3b-a) kJ·mol-1 (3)
解析 (1)H2S电离方程式有H2S??HS-+H+、HS-H++S2-而Ksp=c(Cu2+)·c(S2-),则K====7.7×1016。(2)根据盖斯定律,将②×3-①可得Fe3+发生水解反应的热化学方程式:Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3H+(aq) ΔH=(3b-a) kJ·mol-1。 (3)K===。
6.(1)25 ℃时,在2.0×10-3 mol·L-1的氢氟酸水溶液中,调节溶液pH(忽略调节时体积变化),测得平衡体系中c(F-)、c(HF)与溶液pH的关系如图。
则25 ℃时,Ka(HF)=_________________________________________________(列式求值)。
(2)联氨(N2H4)为二元弱碱,在水中的电离方程式与氨相似。联氨第一步电离的平衡常数为________(已知:N2H4+H+??N2H的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为__________________。
答案 (1)=4×10-4
(2)8.7×10-7 N2H6(HSO4)2
解析 (1)由图可知,pH=4时,c(F-)=1.6×10-3 mol·L-1、c(HF)=4.0×10-4 mol·L-1,故Ka(HF)===4×10-4。
(2)N2H4的第一步电离为N2H4+H2O??N2H+OH-,则电离平衡常数K b1====K·Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7,联氨是二元弱碱,其与硫酸形成的酸式盐为N2H6(HSO4)2。
7.(1)[2022·湖南,16(2)①改编]某温度下,K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(CO)∶c(HCO)=1∶2,则该溶液的pH=________(该温度下H2CO3的Ka1=4.6×10-7,Ka2=5.0×10-11)。
(2)用氨水将SO2转化为NH4HSO3,再氧化成(NH4)2SO4,实验测得NH4HSO3溶液中=15,则溶液的pH为________(已知:该条件下H2SO3的Ka1=1.5×10-2,Ka2=1.0×10-7)。
答案 (1)10 (2)5
解析 (1)某温度下,K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(CO)∶c(HCO)=1∶2,由Ka2=可知,c(H+)=×Ka2=2×5.0×10-11 mol·L-1=1.0×10-10 mol·L-1,则该溶液的pH=10。(2)实验测得NH4HSO3溶液中=15,由H2SO3的电离平衡常数,根据多重平衡规则,Ka1·Ka2==1.5×10-2×1.0×10-7=1.5×10-9,所以溶液中c(H+)=10-5 mol·L-1,则pH=-lg c(H+)=5。