2024届高考一轮复习 第八章 水溶液中的离子反应与平衡 第6讲 四大平衡常数的相关计算 课件（共55张PPT）
文档属性
| 名称 | 2024届高考一轮复习 第八章 水溶液中的离子反应与平衡 第6讲 四大平衡常数的相关计算 课件（共55张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-17 21:36:35 | ||
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文档简介
(共55张PPT)
第6讲 四大平衡常数的相关计算(综合应用课)
电解质溶液中的电离常数、水的离子积常数、水解常数及溶度积常数是在化学平衡常数基础上的延深和拓展，它是定量研究平衡移动的重要手段。各平衡常数的应用和计算是高考的热点和难点。要想掌握此点，在复习时就要以化学平衡原理为指导，以判断平衡移动的方向为线索，以勒夏特列原理和相关守恒定律为计算依据，以各平衡常数之间的联系为突破口，联系元素及化合物知识，串点成线，结线成网，形成完整的知识结构体系，运用综合思维，才能顺利解题。
1．(2022·全国乙卷)常温下，一元酸HA的Ka(HA)＝1.0×10－3。在某体系中，H＋与A－离子不能穿过隔膜，未电离的HA可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中c总(HA)＝c(HA)＋c(A－)，当达到平衡时，下列叙述正确的是 ( )
解析：常温下溶液Ⅰ的pH＝7.0，则溶液Ⅰ中c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1，c(H＋)＜c(OH－)＋c(A－)，A错误；
根据题意，未电离的HA可自由穿过隔膜，故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等，C错误；
答案：B
2．(1)(2022·浙江选考·节选)一氧化碳变换反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·mol－1。
一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)＝0.25 MPa、p(H2O)＝0.25 MPa、p(CO2)＝0.75 MPa和p(H2)＝0.75 MPa，则反应的平衡常数K的数值为_____________。
(2)(2022·湖北等级考·节选)温度为T时，Ksp[Ca(OH)2]＝x，则Ca(OH)2饱和溶液中c(OH－)＝___________(用含x的代数式表示)。
解析：(1)向溶液中加入少量硫酸，溶液中c(H＋)增大，(ⅱ)平衡逆向移动，根据勒夏特列原理可知，平衡移动只是减弱改变量，平衡后，溶液中c(H＋)依然增大，因此溶液的pH将减小，故A错误；
加水稀释过程中，根据“越稀越水解”“越稀越电离”可知，(ⅰ)和(ⅱ)的平衡都正向移动，两个平衡正向都是离子数增大的反应，因此稀释后，溶液中离子总数将增大，故B正确；
1．四大平衡常数的比较
续表
2．四大平衡常数的关系
(1)Ka(或Kb)、Kw、Kh的关系式
3．四大平衡常数的应用
(1)判断平衡移动的方向
Q与Ksp的关系 平衡移动方向 结论
Q＞Ksp 逆向 溶液过饱和，有沉淀析出
Q＝Ksp 不移动 溶液饱和，处于平衡状态
Q＜Ksp 正向 溶液未饱和，无沉淀析出
[综合应用训练]
题点(一) 四大平衡常数在平衡移动中的应用
1．室温下，通过下列实验探究0.010 0 mol·L－1Na2C2O4溶液的性质。
实验1：实验测得0.010 0 mol·L－1Na2C2O4溶液pH为8.6。
实验2：向溶液中滴加等体积0.010 0 mol·L－1HCl溶液，pH由8.6降为4.8。
实验3：向溶液中加入等体积0.020 0 mol·L－1CaCl2溶液，出现白色沉淀。
实验4：向稀硫酸酸化的KMnO4溶液中滴加Na2C2O4溶液至溶液褪色。
答案：A
如图所示的“吸收”“转化”过程中，发生反应分别为CO2＋2KOH===K2CO3＋H2O、K2CO3＋CaO＋H2O===CaCO3↓＋2KOH(若生成KHCO3或K2CO3与KHCO3的混合物，则原理相同)，二式相加得：CO2＋CaO===CaCO3↓，该反应放热，溶液的温度升高，D不正确。
答案：C
解析：题干信息标明为“常温下”，故温度不变，沉淀溶解平衡常数不变，A项错误；
用相同浓度、相同体积的MgCl2溶液替代BaCl2溶液，恰好完全反应时，二者消耗的Na2CO3溶液体积相等，但由于碳酸钡的溶度积小于碳酸镁，所以滴定终点时pMg＜pBa，故F点向下方迁移，B项错误；
答案：D
A．D点存在2c(M2＋)＝3c(HA)
B．E点的pH≈5.6
C．25 ℃时，Ksp(MA2)的数量级为10－10
D．25 ℃时，HA的电离常数Ka为2.5×10－5
答案：B
题点(三) 四大平衡常数的综合应用
5．已知K、Ka、Kw、Kh、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离常数、水的离子积常数、盐的水解常数、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＝Ka·Kh
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的电离常数不变，c选项错误。
6．锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能，且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点，是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp(FePO4·xH2O)＝1.0×10－15。
回答下列问题：
(1)在合成磷酸铁时，步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9，Fe3＋沉淀不完全，影响产量；如果pH>3.0，则可能存在的问题是____________________________________。
(2)步骤Ⅱ中，洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的_________等离子。
(3)取三组FePO4·xH2O样品，经过高温充分煅烧测其结晶水含量，实验数据如下表：
实验序号 1 2 3
固体失重质量分数/% 19.9 20.1 20.0
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是 __________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________________。
解析：(1)合成磷酸铁时，pH<1.9，Fe3＋沉淀不完全；pH>3.0，由Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38可知，易生成Fe(OH)3沉淀，影响磷酸铁的纯度。
(4)步骤ⅢFePO4·xH2O中加入葡萄糖和Li2CO3研磨、干燥，使反应物混合均匀，加快反应速率，提高反应产率。
(5)步骤Ⅳ在Ar气保护、600 ℃煅烧，生成了LiFePO4、CO2和H2O，其中Fe元素由＋3价降低到＋2价，葡萄糖则被氧化为CO2和H2O，则氧化剂为FePO4·xH2O，还原剂是葡萄糖(C6H12O6)，据得失电子守恒可得：n(FePO4·xH2O)×(3－2)＝n(C6H12O6)×(4－0)×6，则有n(FePO4·xH2O)∶n(C6H12O6)＝24∶1。
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第6讲 四大平衡常数的相关计算(综合应用课)
电解质溶液中的电离常数、水的离子积常数、水解常数及溶度积常数是在化学平衡常数基础上的延深和拓展，它是定量研究平衡移动的重要手段。各平衡常数的应用和计算是高考的热点和难点。要想掌握此点，在复习时就要以化学平衡原理为指导，以判断平衡移动的方向为线索，以勒夏特列原理和相关守恒定律为计算依据，以各平衡常数之间的联系为突破口，联系元素及化合物知识，串点成线，结线成网，形成完整的知识结构体系，运用综合思维，才能顺利解题。
1．(2022·全国乙卷)常温下，一元酸HA的Ka(HA)＝1.0×10－3。在某体系中，H＋与A－离子不能穿过隔膜，未电离的HA可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中c总(HA)＝c(HA)＋c(A－)，当达到平衡时，下列叙述正确的是 ( )
解析：常温下溶液Ⅰ的pH＝7.0，则溶液Ⅰ中c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1，c(H＋)＜c(OH－)＋c(A－)，A错误；
根据题意，未电离的HA可自由穿过隔膜，故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等，C错误；
答案：B
2．(1)(2022·浙江选考·节选)一氧化碳变换反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·mol－1。
一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)＝0.25 MPa、p(H2O)＝0.25 MPa、p(CO2)＝0.75 MPa和p(H2)＝0.75 MPa，则反应的平衡常数K的数值为_____________。
(2)(2022·湖北等级考·节选)温度为T时，Ksp[Ca(OH)2]＝x，则Ca(OH)2饱和溶液中c(OH－)＝___________(用含x的代数式表示)。
解析：(1)向溶液中加入少量硫酸，溶液中c(H＋)增大，(ⅱ)平衡逆向移动，根据勒夏特列原理可知，平衡移动只是减弱改变量，平衡后，溶液中c(H＋)依然增大，因此溶液的pH将减小，故A错误；
加水稀释过程中，根据“越稀越水解”“越稀越电离”可知，(ⅰ)和(ⅱ)的平衡都正向移动，两个平衡正向都是离子数增大的反应，因此稀释后，溶液中离子总数将增大，故B正确；
1．四大平衡常数的比较
续表
2．四大平衡常数的关系
(1)Ka(或Kb)、Kw、Kh的关系式
3．四大平衡常数的应用
(1)判断平衡移动的方向
Q与Ksp的关系 平衡移动方向 结论
Q＞Ksp 逆向 溶液过饱和，有沉淀析出
Q＝Ksp 不移动 溶液饱和，处于平衡状态
Q＜Ksp 正向 溶液未饱和，无沉淀析出
[综合应用训练]
题点(一) 四大平衡常数在平衡移动中的应用
1．室温下，通过下列实验探究0.010 0 mol·L－1Na2C2O4溶液的性质。
实验1：实验测得0.010 0 mol·L－1Na2C2O4溶液pH为8.6。
实验2：向溶液中滴加等体积0.010 0 mol·L－1HCl溶液，pH由8.6降为4.8。
实验3：向溶液中加入等体积0.020 0 mol·L－1CaCl2溶液，出现白色沉淀。
实验4：向稀硫酸酸化的KMnO4溶液中滴加Na2C2O4溶液至溶液褪色。
答案：A
如图所示的“吸收”“转化”过程中，发生反应分别为CO2＋2KOH===K2CO3＋H2O、K2CO3＋CaO＋H2O===CaCO3↓＋2KOH(若生成KHCO3或K2CO3与KHCO3的混合物，则原理相同)，二式相加得：CO2＋CaO===CaCO3↓，该反应放热，溶液的温度升高，D不正确。
答案：C
解析：题干信息标明为“常温下”，故温度不变，沉淀溶解平衡常数不变，A项错误；
用相同浓度、相同体积的MgCl2溶液替代BaCl2溶液，恰好完全反应时，二者消耗的Na2CO3溶液体积相等，但由于碳酸钡的溶度积小于碳酸镁，所以滴定终点时pMg＜pBa，故F点向下方迁移，B项错误；
答案：D
A．D点存在2c(M2＋)＝3c(HA)
B．E点的pH≈5.6
C．25 ℃时，Ksp(MA2)的数量级为10－10
D．25 ℃时，HA的电离常数Ka为2.5×10－5
答案：B
题点(三) 四大平衡常数的综合应用
5．已知K、Ka、Kw、Kh、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离常数、水的离子积常数、盐的水解常数、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＝Ka·Kh
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的电离常数不变，c选项错误。
6．锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能，且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点，是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp(FePO4·xH2O)＝1.0×10－15。
回答下列问题：
(1)在合成磷酸铁时，步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9，Fe3＋沉淀不完全，影响产量；如果pH>3.0，则可能存在的问题是____________________________________。
(2)步骤Ⅱ中，洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的_________等离子。
(3)取三组FePO4·xH2O样品，经过高温充分煅烧测其结晶水含量，实验数据如下表：
实验序号 1 2 3
固体失重质量分数/% 19.9 20.1 20.0
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是 __________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________________。
解析：(1)合成磷酸铁时，pH<1.9，Fe3＋沉淀不完全；pH>3.0，由Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38可知，易生成Fe(OH)3沉淀，影响磷酸铁的纯度。
(4)步骤ⅢFePO4·xH2O中加入葡萄糖和Li2CO3研磨、干燥，使反应物混合均匀，加快反应速率，提高反应产率。
(5)步骤Ⅳ在Ar气保护、600 ℃煅烧，生成了LiFePO4、CO2和H2O，其中Fe元素由＋3价降低到＋2价，葡萄糖则被氧化为CO2和H2O，则氧化剂为FePO4·xH2O，还原剂是葡萄糖(C6H12O6)，据得失电子守恒可得：n(FePO4·xH2O)×(3－2)＝n(C6H12O6)×(4－0)×6，则有n(FePO4·xH2O)∶n(C6H12O6)＝24∶1。
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