实验班:化学反应速率和化学平衡高考题选(平衡常数·计算)--教师版_百...

平衡常数

东北师大附中化学组  柳西

化学平衡常数、电离平衡常数、沉淀溶解平衡常数，属于高考新增内容，近年来也逐渐成为高考必考的热点内容。因此，研究这几种平衡常数的相关考点，并寻找对应的解题策略变得尤为重要。

一、化学平衡常数

1．含义及表达式：对于一般的可逆反应：mA(g)+ nB(g) pC(g)+qD(g)，在一定温度下达到化学平衡时，平衡常数可以表示为：,

注意：

各物质的浓度一定是平衡时的浓度,而不是其他时刻的；

②在进行K值的计算时，固体和纯液体的浓度可视为“1”； 

③数值与化学计量数有关，当化学反应方程式的计量数增倍或减倍时，化学平衡常数也相应的发生变化；

对于一个化学反应，平衡常数只与温度有关，与浓度和压强无关。

2．应用：

定量地衡量反应进行的程度，K值越大表示反应进行的程度越大，一般当K＞105时，该反应进行得基本完全。

②利用某一时刻的浓度商（）判断反应进行的程度和方向：

Qc＝K ，V(正)＝V(逆)，可逆反应处于化学平衡状态；

Qc＜K ，V(正)＞V(逆)，可逆反应向正反应方向进行；

Qc＞K ，V(正)＜V(逆)，可逆反应向逆反应方向进行

③利用Ｋ可判断反应的热效应：

若升高温度，Ｋ值增大，则正反应为吸热反应；

    若升高温度，Ｋ值减小，则正反应为放热反应。

3．常见考点及典例分析

考查化学平衡常数表达式的书写、正误判断；

例1（09年天津理综·5）人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力，CO吸入肺中发生反应：CO+HbO2O2+HbCO，37 ℃时，该反应的平衡常数K=220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误的是

A．CO与HbO2反应的平衡常数K=

B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少

C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损

D．把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动

练习1。高温下，某反应达到平衡，平衡常数。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是

A．该反应的焓变为正值    

B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小    

C．升高温度，逆反应速率减小    

D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2    

②计算：包括根据表达式的简单计算，以及根据平衡常数计算反应物的转化率，平衡时的浓度等； 

例2．（08年宁夏理综·12）将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：

①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)达到平衡时，c(H2)=0.5mol·L-1，c(HI)=4mol·L-1，则此温度下反应①的平衡常数为

A．9    B．16    C．20    D．25

练习2（09年宁夏理综·13）在一定温度下，反应H2(g)+ X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0mol的HX(g)通入体积为1.0L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于

A．5%    B．17%    C．25%    D．33%

③影响化学平衡常数的因素

例3．（09年海南化学·4）在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：

A．反应达到平衡时，X的转化率为50％

B．反应可表示为X+3Y2Z，其平衡常数为1600

C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大

D．改变温度可以改变此反应的平衡常数

借助平衡常数判断反应进行的程度、方向

例4（2010天津卷）已知反应②2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

图像题：借助图像考查化学平衡的移动及化学速率等问题

二、电离平衡常数

1．含义及表达式：在一定温度下，弱电解质达到电离平衡时，各种离子浓度之积与溶液中未电离的分子浓度之比是一个常数，该常数就叫电离平衡常数。如CH3COOHCH3COO-+H+，K=c(CH3COO-)c(H+)/c(CH3COOH)。

注意：

①电离平衡常数是描述弱电解质的电离平衡的主要参数，也是弱酸、弱碱是否达到平衡状态的标尺

②它只受温度的影响，因电离过程是吸热过程，故它随温度的升高而增大。

③对于多元弱酸来说，由于上一级电离产生的H+对下一级电离起到抑制作用，一般是K1》K2》K3，即第二步电离通常比第一步电离难得多，第三步电离又比第二步电离难得多，因此在计算多元素弱酸溶液的c(H+)或比较弱酸酸性相对强弱时，通常只考虑第一步电离。

2．应用：利用Ka或Kb判断弱酸或弱碱的相对强弱

3．常见考点及典例分析

计算：Ka或Kb数值的计算

根据已知浓度或电离度求算

②判断弱酸或弱碱的相对强弱

例8．已知：25℃时弱电解质电离平衡数：Ka（CH3COOH）＝，Ka（HSCN）＝0.13； 

25℃时，将20mL 0.10 mol·L-1 CH3COOH溶液和20mL 0.10 mol·L-1HSCN溶液分别与20mL 0.10 mol·L-1NaHCO3溶液混合，实验测得产生的气体体积（V）随时间（t）变化的示意图为图所示：

反应初始阶段，两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是             ，反应结束后所得两溶液中，c（CH3COO-）            c（SCN-）（填“＞”、“＜”或“＝”）

③水解平衡常数的考查

例9．（09年福建理综·10）在一定条件下，Na2CO3溶液存在水解平衡：CO32－＋H2OHCO3－＋OH－。下列说法正确的是

A．稀释溶液，水解平衡常数增大    B．通入CO2，平衡朝正反应方向移动

C．升高温度，减小    D．加入NaOH固体，溶液pH减小

三、沉淀溶解平衡常数

1．含义及表达式：对于沉淀溶解平衡：MmNn(s) mMn+(aq)+nNm-(aq)。固体纯物质不列入平衡常数，上述反应的平衡常数为：Ksp=[c(Mn+)]m[c(Nm-)]n，符号为Ksp，在一定的温度下，它是一个常数，称为溶度积常数，简称溶度积，它只受温度影响，不受溶液中物质浓度的影响。

注意：溶度积的数值与难溶电解质的离子个数有关

2．溶度积的应用：

通过比较溶度积和溶液中有关离子浓度幂的乘积（离子积QC）的相对大小，可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。

QC ＞Ksp 溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和达到新的平衡状态

 QC= Ksp 溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态

 QC ＜Ksp溶液未饱和，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，难溶电解质溶解直至溶液饱和。

②根据Ksp判断难溶物的溶解度相对大小

根据Ksp判断沉淀的先后顺序，溶液中离子浓度的大小关系，

3．常见考点与典例分析

不同物质的Ksp的大小比较

利用Ksp数值的大小判断沉淀的转化

例10．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝1.0×10－16.下列关于难溶物之间转化的说法中错误的是                                                     

A．AgCl不溶于水，不能转化为AgI

B．两种难溶物的Ksp相差越大，难溶物就越容易转化为更难溶的物质

C．AgI比AgCl更难溶于水，所以，AgCl可以转化为AgI

D．常温下，AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI，则NaI的浓度必须不低于×10－11 mol/L

利用不同物质的Ksp判断沉淀析出的先后顺序

例11．（09年山东理综·28）（14分）运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。在25℃下，向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成         沉淀（填化学式），生成该沉淀的离子方程式为        。已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11，KsP[Cu(OH)2]=2.2×10-20。

练习6．已知：25℃时，Ksp[Mg(OH)2]＝5.61×10－12，Ksp[MgF2]＝7.42×10－11。下列说法正确的是

A．25℃时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2＋)大

B．25℃时，在Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2＋)增大

C．25℃时，Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol/L氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol/LNH4Cl溶液中的Ksp小

D．25℃时，在Mg(OH)2悬浊液中加入NaF溶液后，Mg(OH)2不可能转化为MgF2

②条件（温度或浓度）改变时，判断溶液所处的状态（饱和或不饱和）

根据Ksp与QC的关系，判断溶液的所处的状态

例12．已知25℃时，电离常数Ka(HF)＝3.6×10－4 mol/L，溶度积常数Ksp(CaF2)＝1.46×10－10.现向1 L 0.2 mol/L  HF溶液中加入1 L 0.2 mol/L CaCl2溶液，则下列说法中，正确的是                                                             

A．25℃时，0.1 mol/L HF溶液中pH＝1

B．Ksp(CaF2)随温度和浓度的变化而变化

C．该体系中没有沉淀产生

D．该体系中HF与CaCl2反应产生沉淀

图像：根据沉淀溶解平衡曲线判断条件（温度或浓度）改变时溶液状态或离子浓度大小变化

例13(2008年山东卷)某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是

提示：BaSO4(s) Ba2+(aq)＋SO42-(aq)的平衡常数Ksp＝c(Ba2+)·c(SO42-)，称为溶度积常数。

A．加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点

B．通过蒸发可以使溶液由d点变到c点

C．d点无BaSO4沉淀生成

D．a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp

练习7．（2009年广东）硫酸锶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲线如下，下列说法正确

A．温度一定时，Ksp(SrSO4)随c(SO42-)的增大而减小

B．三个不同温度中，313K时Ksp(SrSO4)最大

C．283K时，图中a点对应的溶液是不饱和溶液

D．283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后变为不饱和溶液

练习8．（2010山东卷）某温度下，Fe(OH)3分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，改变溶液pH，金属阳离子浓度的辩护如图所示。据图分析，下列判断错误的是

A． Ksp [Fe(OH)3]< Ksp[Cu (OH)2] 

B．加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到b点

C．c、d两点代表的溶液中c(H+)与c(OH-)乘积相等

D．Fe(OH)3、Cu (OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和

运用Ksp进行相关浓度的计算等

例 14 (2008年广东卷)已知Ag2SO4的Ksp 为2.0×10-5，将适量Ag2SO4固体溶于100 mL水中至刚好饱和，该过程中Ag+和SO42-浓度随时间变化关系如右图（饱和Ag2SO4溶液中c(Ag+)＝0.034mol·L-1）。若t1时刻在上述体系中加入100mL0.020mol·L-1Na2SO4 溶液，下列示意图中，能正确表示t1时刻后Ag+和SO42-浓度随时间变化关系的是

化学反应速率和化学平衡高考题选(平衡常数·计算)

                                                                出题人：柳西

 1．(07年宁夏理综·13)一定条件下，合成氨气反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0% ，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率是     A

A．16.7%            B．20.0%            C．80.0%            D．83.3%     

2.(08年宁夏理综·12)将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：

①NH4I(s) NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g) H2(g)＋I2(g) 答案：C

达到平衡时，c(H2)=0.5mol·L－1，c(HI)=4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为

A．9                B．16                C．20                D．25

3．(08年海南化学·10)X、Y、Z三种气体，取X和Y按1︰1的物质的量之比混合，放入密闭容器中发生如下反应：X+2Y2Z ，达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3︰2，则Y的转化率最接近于答案：D

A．33%                B．40%                C．50%                D．66%

4．(08年山东理综·14)高温下，某反应达到平衡，平衡常数K=。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是   答案：A

 A．该反应的焓变为正值    

 B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小    

 C．升高温度，逆反应速率减小    

 D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2

5.(09年宁夏理综·13)在一定温度下，反应H2(g)+ X2(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0mol的HX(g)通入体积为1.0L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于B

A．5%            B．17%            C．25%            D．33%

6.(09年天津理综·5)人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力，CO吸入肺中发生反应：CO+HbO2O2+HbCO，37 ℃时，该反应的平衡常数K=220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误的是答案：C

A．CO与HbO2反应的平衡常数K=

B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少

C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损

D．把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动

7.(09年海南化学·4)在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：

A．反应达到平衡时，X的转化率为50％

B．反应可表示为X+3Y2Z，其平衡常数为1600

C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大

D．改变温度可以改变此反应的平衡常数

8.(2010北京理综12)某温度下，H2(g)＋CO2(g)  H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K=．该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如右表所示。下列判断不正确的是   C

Ｂ．平衡时，甲中和丙中Ｈ2的转化率均是60％

Ｃ．平衡时，丙中ｃ(CO2)是甲中的2倍，

是0.012mol/L

Ｄ．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢

9.(07年广东化学·25)

黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO2和Fe3O4。

(1)将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中，反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)在一定条件下达到平衡，测得c(SO3)＝0.040mol·L－3。计算该条件下反应的平衡常数K和SO2的平衡转化率(写出计算过程)。

1.6×103L/mol

80%

计算过程略)

(2)已知上述反应是放热反应，当该反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有B、C (填字母)

A．升高温度     B．降低温度        C．增大压强

D．减小压强     E．加入催化剂      F．移出氧气

(3)SO2尾气用饱和Na2SO3溶液吸收可得到更要的化工原料，反应的化学方程式为

SO2＋H2O＋Na2SO3＝2NaHSO3。

(4)将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4。酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是抑制Fe2＋、Fe3＋的水解，防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。

10.(07年宁夏理综·27)(14分)

氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：

   SiO2 ＋    C＋   N2    Si3N4 ＋    CO

    (1)配平上述反应的化学方程式(将化学计量数填在方框内)；3  6  2  1  6

(2)该反应的氧化剂是N2，其还原产物是Si3N4；

(3)该反应的平衡常数表达式为K＝         ；

(4)若知上述反应为放热反应，则其反应热ΔH小于零(填“大于”、“小于”或“等于”)；升高温度，其平衡常数值减小(填“增大”、“减小”或“不变”)；

(5)若使压强增大，则上述平衡向逆反应方向移动(填“正”或“逆”)；

(6)若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol·L－1·min－1，

     则N2消耗速速率为v(N2)＝6mol·L－1·min－1。

11.(08年宁夏理综·25)

   已知可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)，ΔH＞0

请回答下列问题：

  (1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)= 1 mol·L－1，c(N)=2.4 mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为60％，此时N的转化率为25％ ；

  (2)若反应温度升高，M的转化率增大(填“增大”“减小”或“不变”；)

  (3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)=4 mol·L－1,

c(N)=a mol·L－1;达到平衡后，c(P)=2 mol·L－1,a=  6  ; 

  (4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)= c(N)=b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为41％ 。

12.(2010海南化学14)高炉炼铁过程中发生的主要反应为         

Fe2O3(s)+CO(g) Fe(s) +CO2 (g) 

已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：

请回答下列问题：

    (1)该反应的平衡常数表达式K=，ΔH < 0(填“>”、“<”或“=”)；

    (2)在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反应经过10min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)= 0.006mol/(L·min)、CO的平衡转化率=60%

    (3)欲提高(2)中CO的平衡转化率，可采取的措施是  C  。

    A．减少Fe的量     B．增加Fe2O3的量     C．移出部分CO2

    D．提高反应温度    E．减小容器的容积    F．加入合适的催化剂

13.(2010山东理综28)(14分)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：

         Ⅰ     SO2+2H2O+I2 = H2SO4+2HI    

         Ⅱ     2HI  H2+I2

         Ⅲ     2H2SO4 = 2SO2+O2+2H2O

(1)分析上述反应，下列判断正确的是  c  。

        a．反应Ⅲ易在常温下进行            b．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强

c．循环过程中需补充H2O            d．循环过程中产生1mol O2的同时产生1mol H2

(2)一定温度下，向1L密闭容器中加入1mol HI(g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。

 0~2 min内的平均放映速率v(HI)= 0.1 mol·L－1·min－1 。该温度下，H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数K=      。

相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则   b  是原来的2倍。

a．平衡常数    b．HI的平衡浓度    c．达到平衡的时间    d．平衡时H2的体积分数

(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡  向右  移动(填“向左”“向右”或者“不”)；若加入少量下列试剂中的  b  ，产生H2的速率将增大。

   a．NaNO3        b．CuSO4      c．Na2SO4         d．NaHSO3

(4)以H2为燃料可制成氢氧燃料电池。

     已知  2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l)    ΔH=－572kJ·mol－1

        某氢氧燃料电池释放228．8KJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为  80%  。

14.(09江苏卷20)联氨(N2H4)及其衍生物是一类重要的火箭燃料。N2H4与N2O4反应能放出大量的热。

   (1)已知：2NO2(g)＝N2O4(g)  ΔH=－57.20kJ·mol-1。一定温度下，在密闭容器中反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡。

        其他条件不变时，下列措施能提高NO2转化率的是    BC   (填字幕)

        A．减小NO2的浓度    B.降低温度    C.增加NO2的浓度   D.升高温度

   (2)25℃时，1.00gN2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O(l)，放出19.14kJ的热量。则反应2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(l)的ΔH= -1224.96  kJ·mol-1

   (3)17℃、1.01×105Pa，密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c(NO2)=0.0300 mol·L-1、c(N2O4)=0.0120 mol·L-1。计算反应2NO2(g) N2O4(g)的平衡常数K。

    根据题意知平衡时：； 

   K=

    答：平衡常数为13.3。

   (4)现用一定量的Cu与足量的浓HNO3反应，制得1.00L已达到平衡的N2H4和NO2的混合气体(17℃、1.01×105Pa)，理论上至少需消耗Cu多少克？

由(3)可知，在17℃、1.01×105Pa达到平衡时，1.00L混合气体中：

则

由===可得

答：理论上至少需消耗Cu 1.73 g.