1、专项提能特训专项提能特训 17四大平衡常数的综合应用四大平衡常数的综合应用 1已知 Ka(Kb)、Kw、Kh、Ksp分别表示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。通过查阅资料获得温度为 25 时以下数据： Kw1.010 14，Ka(CH3COOH)1.8105， Ka(HSCN)0.13，Ka(HF)4.010 4， KspMg(OH)21.810 11 (1)有关上述常数的说法正确的是_(填字母)。 a它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度 b所有弱电解质的电离常数和难溶电解质的 Ksp都随温度的升高而增大 c常温下，CH3
2、COOH 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，KwKaKh (2)25 时，1.0 molL 1HF 溶液的 pH 约等于_(已知 lg 20.3)。将浓度相等的 HF 与 NaF 溶液等体积混合，判断溶液呈_(填“酸”“碱”或“中”)性，并结合有关数据解释原因： _。 (3)已知 CH3COONH4溶液为中性， 又知 CH3COOH 溶液加到 Na2CO3溶液中有气体放出， 现有 25 时 等浓度的四种溶液： ANH4ClBNH4SCN CCH3COONH4DNH4HCO3 回答下列问题： 试推断 NH4HCO3溶液的 pH
3、_(填“”“”或“”)7。 将四种溶液按 NH 4浓度由大到小的顺序排列：_(填字母)。 NH4SCN 溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为_。 (4) 为 探 究 Mg(OH)2在 酸 中 的 溶 解 性 ， 利 用 以 上 数 据 可 以 计 算 出 反 应 ：Mg(OH)2(s) 2CH3COOH(aq)Mg2 (aq)2CH3COO(aq)2H2O(l)在 25 时的平衡常数 K_，并据此推断 Mg(OH)2_(填“能”或“不能”)溶解于醋酸。(已知 1.835.8) 答案(1)ad(2)1.7酸HF 和 NaF 的浓度相等，Ka4.010 4，KhKw Ka2.510 11，故 HF
4、的电 离程度大于 F 的水解程度， 溶液呈酸性 (3)ABCDc(SCN )c(NH 4)c(H )c(OH) (4)5.8107能 解析(1)它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度，故 a 正确；难溶电解质的 Ksp不一定随温度 的升高而增大， 故b错误； Ka只随温度变化， 故c错误； 由电离平衡常数， Ka(CH3COOH)cCH3COO cH cCH3COOH ， 水的离子积常数 Kwc(H )c(OH)，盐的水解平衡常数 KhcCH3COOHcOH cCH3COO 可知，一定温度下，在 CH3COONa 溶液中，KwKaKh，故 d 正确。 (2)Ka(HF)cH cF cHF c
5、 2H 1.0 4.010 4，则 1.0 molL1HF 溶液中氢离子浓度为 2.0 10 2 molL 1，所以 pHlg(2.0102)2lg21.7，HF 和 NaF 的浓度相等，Ka4.0 10 4，KhKw Ka 10 14 4.010 42.510 11，故 HF 的电离程度大于 F的水解程度，溶液呈酸性。(3)因 CH3COOH 溶液加到 Na2CO3溶液中有气体放出，所以酸性：CH3COOHH2CO3，CH3COONH4溶液为中 性，可得醋酸的酸性和 NH3H2O 的碱性一样，所以 NH4HCO3溶液中碳酸氢根离子水解程度大于铵根离子 的水解程度，则溶液的 pH7。NH4Cl
6、 溶液中 Cl 不促进也不抑制 NH 4水解；B、C、D 中均相互促进， 由 Ka(CH3COOH)1.810 5，Ka(HSCN)0.13，酸性：CH3COOHH2CO3可知，B、C、D 中 NH 4水解 程度依次增大，则四种溶液中 NH 4浓度由大到小的顺序排列是 ABCD。由 CH3COONH4溶液为 中性，Ka(HSCN)0.13Ka(CH3COOH)可知，NH4SCN 溶液呈酸性，所以溶液中所有离子浓度由大到小的 顺序为 c(SCN )c(NH 4)c(H )c(OH)。 (4)Mg(OH)2(s)2CH3COOH(aq) Mg2 (aq)2CH3COO(aq) 2H2O(l)在 2
7、5 时的平衡常数 K cMg2 c2CH3COO c2CH3COOH cMg2 c2CH3COOc2Hc2OH c2CH3COOHc2H c2OH Ka2CH3COOHKspMgOH2 Kw2 1.810 521.81011 1.010 142 5.8107，因 K 特别大，所以 Mg(OH)2能溶解于醋酸。 2制备锌印刷电路板是用稀硝酸腐蚀锌板，产生的废液称“烂板液”。“烂板液”中除含有硝酸锌 外，还含有自来水带入的 Cl 和 Fe3。在实验室里用“烂板液”制取 ZnSO47H2O 的过程如下： (1)若稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为 NH4NO3，氧化剂与还原剂的物质的量之比是_。 (2)若步
8、骤的 pH12，则 Zn(OH)2溶解生成偏锌酸钠，写出 Zn(OH)2被溶解的离子方程式： _。 (3)滤液 D 中除了含有 OH 离子外，还含有的阴离子有_(填离子符号)。 (4)若滤液 E 的 pH4，c(Zn2 )2 molL1，c(Fe3)2.6109 molL 1，能求得的溶度积是_(填 字母)。 AKspZn(OH)2 BKspZn(OH)2和 KspFe(OH)3 CKspFe(OH)3 (5)已知：Fe(OH)3(s)Fe3 (aq)3OH(aq) Ha kJmol 1 H2O(l)H (aq)OH(aq) Hb kJmol 1 请写出 Fe3 发生水解反应的热化学方程式：_
9、。 (6)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)14(2)Zn(OH)2 2OH =ZnO 2 2 2H2O(3)Cl 、 NO 3(4)C(5)Fe3 (aq) 3H2O(l)Fe(OH)3(s)3H (aq) H(3ba) kJmol 1 (6)K 3 w Ksp 解析“烂板液”中除含硝酸锌外，还含有自来水带入的 Cl 和 Fe3，加入氢氧化钠调节溶液的 pH 8 使铁离子、锌离子转化为 Fe(OH)3、Zn(OH)2沉淀，过滤分离，滤液 C 中含有 NaNO3、NaC
10、l 等，沉淀会 附着 NaNO3、NaCl 等，用水洗涤除去，沉淀 B 用硫酸溶解、控制一定 pH，Fe(OH)3不溶解，过滤分离得 到 ZnSO4溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得 ZnSO47H2O，以此解答该题。 (1)稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为 NH4NO3，反应中 N 元素化合价由5 降低到3，Zn 元素化合价由 0 升高到2，则氧化剂与还原剂的物质的量之比是 14。(3)沉淀 A 会附着 NaNO3、NaCl 等，洗涤后滤 液 D 中阴离子除了含有 OH 外，还含有 Cl、NO 3。(4)若滤液 E 的 pH4，c(Zn2 )2 molL1，c(Fe3) 2.610
11、 9 molL 1，可知铁离子完全沉淀，因此可计算氢氧化铁的溶度积。(5)根据盖斯定律，3 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) H(3ba) kJmol 1。 (6)K c3H cFe3 c3H c3OH cFe3 c3OH K3w Ksp。 3工业合成氨的反应为 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol 1 (1)一定温度下，向 2 L 密闭容器中充入 2 mol N2(g)和 8 mol H2(g)，反应过程中氨气物质的量与时间的 关系如下表所示： 时间 /min 05 1 0 1 5 2 0 2 5
12、 3 0 3 5 NH3/ mol 0 0 .5 0 .9 0 .12 0 .15 0 .15 0 .15 0 .15 020 min 内氢气的平均反应速率为_。 升高温度，该平衡常数 K 将_(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)常温下，一水合氨电离常数 Kb1.810 5，向蒸馏水中通入一定量氨气配制浓度为 0.5 molL 1氨水，氨水溶液的 pH 约等于_。(已知 lg20.3，lg30.5) (3)已知：常温下 Ni(OH)2溶度积为 5.510 16。在 0.01 molL1的 Ni2溶液中滴加氨水到 pH8 时， 溶液中 c(Ni2 )_。 (4) 常 温 下 ， 0.1 m
13、olL 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)5.62510 3 molL 1min1 减小(2)11.5(3)5.510 4molL1 (4)1.010 9 解析(1)v(H2)3 2v(NH 3) 0.15 mol 2 L20 min 3 25.62510 3 molL 1min1。合成氨反应的正反应是 放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。(2)设 0.5 molL 1氨水电离出的 c(OH)为 x，由 NH3H2ONH 4OH 可知：KbcNH 4cOH cNH3H2O x2 0.
14、5x1.810 5，解得：x3.0103 molL 1，c(H) Kw cOH 1.010 14 3.010 3 molL 11 310 11 mol L 1，pHlg(1 3 10 11)11lg311.5。(3)pH8 时，c(OH)1.0106 molL 1，由 Ni(OH)2(s)Ni2 (aq)2OH(aq)可知：c(Ni2)5.510 16 1.010 62 molL 15.5104 molL 1。(4)氯化铵溶 液中存在水解平衡：NH 4H2ONH3H2OH ，0.1 molL1氯化铵溶液 pH 约为 5，则 c(H)1.010 5molL1，则氯化铵水解常数 KhcNH3H2O
15、cH cNH 4 1.010 51.0105 0.1 1.010 9。 4已知 K、Ka、Kw、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离平衡常数、水的离子积常数、难溶电解 质的溶度积常数。 (1)已知 25 时 CH3COONH4呈中性，则该温度下 CH3COONH4溶液中水电离的 H 浓度为_， 溶液中离子浓度大小关系为_。 (2)NH4Cl 溶液呈_(填“酸”“碱”或“中”)性， 其原因是_(用离子方程 式表示)。NaHCO3溶液呈_(填“酸”“碱”或“中”)性，其原因是_(用离子方程式表示)。 (3)已知常温下Fe(OH)3和Mg(OH)2的Ksp分别为8.010 38、1.01011，向
16、浓度均为0.1molL1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，离子浓度低于 10 5molL1时认为沉淀完全) 答 案(1)1.010 7 molL 1 c(NH 4) c(CH3COO ) c(OH ) c(H )(2) 酸NH 4 H2ONH3H2OH 碱HCO 3H2OH2CO3OH (3)3.3pH9 解析(1)CH3COOH 和 NH3H2O 电离常数相等， 则该温度下 CH3COONH4溶液中铵根离子和醋酸根离 子水解程度相同，导致醋酸铵溶液呈中性；水电离出氢离子的浓度为1.
17、010 7 molL 1；水的电离程度很小， 溶液中离子浓度大小顺序是 c(NH 4)c(CH3COO )c(OH)c(H)。 (2)NH4Cl 溶液呈酸性， 其原因是 NH 4 H2ONH3H2O H ； NaHCO3溶 液 呈 碱 性 ， 其 原 因 是 HCO 3 H2OH2CO3 OH 。 (3) 3 KspFeOH3 10 5 c(OH )KspMgOH2 0.1 ， 3 8.010 38 10 5 molL 1c(OH) 1.010 11 0.1 molL 1， 210 11 molL 1c(OH)1105 molL 1，10 14 10 5 molL 1c(H) 10 14 21
18、0 11molL 1，则 3.3pH9。 5平衡常数是分析平衡问题的重要依据。回答下列问题。 (1)高氯酸、硫酸、硝酸和盐酸都是强酸，其酸性在水溶液中差别不大，但在冰醋酸中却有一定的差异， 以下是某温度下这四种酸在冰醋酸中的电离常数： 酸 HClO 4 H2SO 4 HClHNO3 K3.06.31.64.21 a10 8 10 9 10 9 0 10 从以上表格中的数据判断以下说法中不正确的是_(填字母)。 a在冰醋酸中这四种酸都没有完全电离 b在冰醋酸中高氯酸是这四种酸中最强的酸 c在冰醋酸中硫酸的电离方程式为 H2SO4=2H SO2 4 d水对于这四种酸的强弱没有区分能力，但冰醋酸可以
19、区分这四种酸的强弱 (2)已知：25 时，HA 的 Ka1.010 6，则 25 时，1 molL1的 HA 溶液 pH_。 (3)在温度为 t 时， 某研究人员测定 NH3H2O 的电离常数 Kb为 210 5， NH 4的水解常数 Kh为 1.510 8，则该温度下水的离子积常数 Kw为_，请判断 t_(填“”“”或“”)25 。 (4)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)。 该反应的平衡常数 K 的数值为_(保留两位有效数字，CuS 和 MnS 的 Ksp分别为 6.010 36、 2.010 10)。 (
20、5)25 时，将 a molL 1 的氨水与 0.01 molL 1 的盐酸等体积混合所得溶液中 c(NH 4) c(Cl )，则溶液显_(填“酸”“碱”或“中”)性；用含 a 的代数式表示 NH3H2O 的电离常数 Kb _。 答案(1)c(2)3(3)310 13 (4)3.31025(5)中 10 9 a0.01 解析(1)根据电离平衡常数知，在醋酸中这几种酸都不完全电离，a 正确；在醋酸中，高氯酸的电离 平衡常数最大，所以高氯酸的酸性最强，b 正确；在冰醋酸中硫酸存在电离平衡，所以其电离方程式为 H2SO4H HSO 4，c 错误；这四种酸在水中都完全电离，在冰醋酸中电离程度不同，所以
21、水对于这四 种酸的强弱没有区分能力， 但醋酸可以区分这四种酸的强弱， d 正确。 (2)由 c2(H )Kac(HA)1.01061 110 6，所以 c(H)103 molL 1，pH3。(3)KwKbKh21051.510831013，t 温度时水 的离子积常数大于 25 时水的离子积常数，水的电离是吸热的，温度越高离子积常数越大，因此温度应 高于 25 。 (4)平衡常数 KcMn 2 cCu2 cMn2 cS2 cCu2 cS2 KspMnS KspCuS 2.010 10 6.010 363.310 25。 (5)根据电荷守恒 有 c(NH 4)c(H )c(Cl)c(OH)， 由于
22、 c(NH 4)c(Cl )， 故 c(H)c(OH)， 溶液呈中性， 故溶液中 c(OH )107 molL 1，溶液中 c(NH 4)c(Cl )1 20.01 molL 10.005 molL1，故混合后溶液中 c(NH3H2O) 1 2a molL 10.005 molL1(0.5a0.005) molL1，NH3H2O 的电离常数 Kb10 70.005 0.5a0.005 10 9 a0.01。 6与 K 相关的计算：已知 25 时，KspMg(OH)23.210 11，KspCu(OH)22.21020。 (1)25 时，Mg(OH)2的溶解度为_。 (2)向 0.02 molL
23、 1 MgCl2溶液中加入 NaOH 固体，要生成 Mg(OH)2沉淀，溶液中 c(OH )最小为 _。 (3)向浓度均为 0.02 molL 1MgCl2和 CuCl2 混合液中逐滴加入 NaOH 溶液，先生成_沉淀，当 两种沉淀共存时，cMg 2 cCu2 _。 (4)Cu2 的水解平衡常数为：_。 (5)25 ，已知 0.05 molL 1 NaA 溶液 pH8，求 HA 的 Ka_(近似值)。 (6)25 时， 向 a mL 0.1 molL 1 NaOH 溶液中逐滴加入等浓度的 CH3COOH 溶液 b mL， 混合溶液恰好 呈中性(体积变化忽略不计)，已知 CH3COOH 的 Ka
24、1.7510 5，求a b的值_。 答案(1)1.1610 3g (2)410 5molL1 (3)Cu(OH)21.45109(4)4.510 9 (5)510 4 (6)175 176 解析(1)设饱和 Mg(OH)2溶液的物质的量浓度为 c，则 c(Mg2 )c2(OH)4c33.21011，c210 4 molL 1，假设饱和 Mg(OH)2溶液的密度为 1 gmL1，则 100 mL 溶液的质量为 100 g，含有溶质的质量 为 210 4 molL 10.1 L58 gmol11.16103 g，溶剂的质量约为100g，所以其溶解度约为1.1610 3g。(2)如果溶液QcKspM
25、g(OH)2就能产生沉淀，c(OH) KspMgOH2 cMg2 3.210 11 0.02 molL 14105molL1。(3)Mg(OH)2和 Cu(OH)2 的溶度积表达 式相同，则溶度积常数越小的越先产生沉淀，所以先产生的沉淀是 Cu(OH)2，当两种沉淀共存时，cMg 2 cCu2 cMg 2c2OH cCu2 c2OH KspMgOH2 KspCuOH2 3.210 11 2.210 201.4510 9。(4)KspCu(OH)2c(Cu2)c2(OH)2.210 20，反应 Cu22H2O Cu(OH)22H 的平衡常数 Kh c2H cCu2 c2H KspCuOH2 c2OH K2w KspCuOH2 110 142 2.210 204.510 9。(5)AH2O HAOH ，pH8，则 c(HA)c(OH)106 molL 1，HA 的 Ka cH cA cHA 10 80.05 10 6 510 4。(6)溶液呈中性说明 c(H)107 molL 1，溶液中 c(CH3COO)c(Na) 0.1a ab molL 1， 醋酸的浓度为0.1b0.1a ab molL 1， 根据平衡常数的计算公式可得： 1.7510510 70.1a ab 0.1b0.1a ab 10 7a ba ，解得a b 175 176。
