化学四大平衡.docx

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化学四大平衡

中学化学平衡理论体系及勒夏特列原理的应用

中学化学教材中，有一个平衡理论体系，包括溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡、络合平衡等。

化学平衡是这一平衡理论体系的核心。

系统掌握反应速率与化学平衡的概念、理论及应用对于深入认识其他平衡，重要的酸、碱、盐的性质和用途，化工生产中适宜条件的选择等，具有承上启下的作用；对于深入掌握元素化合物的知识，具有理论指导意义。

正因为它的重要性，所以，在历年高考中，这一部分向来是考试的热点、难点。

一、化学平衡理论

1、化学平衡定义：

2、勒夏特列原理：

3、勒夏特列原理的应用：

[讨论、归纳]

生产生活实例

涉及的平衡

根据勒原理所采取的措施或原因解释

1.接触法制硫酸

2SO2+O2

2SO3

通入过量的空气

2.合成氨工业

N2+3H2

2NH3

高压（20MPa-50MPa），及时分离液化氨气

3.金属钠从熔化的氯化钾中置换金属钾

Na+KCl

NaCl+K↑

控制好温度使得钾以气态形式逸出。

4.候氏制碱法

NH3+CO2+H2O==NH4HCO3

NH4HCO3+NaCl

NaHCO3↓+NH4Cl

先向饱和食盐水中通入足量氨气

5.草木灰和铵态氮肥不能混合使用

CO32-+H2O

HCO3-+OH-

NH4++H2O

NH3·H2O+H+

两水解相互促进，形成更多的NH3·H2O，损失肥效

6.配置三氯化铁溶液应在浓盐酸中进行

Fe3++3H2O

Fe（OH）3+3H+

在强酸性环境下，Fe3+的水解受到抑制

7.用热的纯碱水洗油污或对金属进行表面处理

CO32-+H2O

HCO3-+OH-

加热促进水解，OH-离子浓度增大

1、下列事实中不能用勒夏特列原理来解释的是（   ）

A.往硫化氢水溶液中加碱有利于S2-的增加            B.加催化剂有利于合成氨反应

C.合成氨时不断将生成的氨液化，有利于提高氨的产率。

D.合成氨时常采用500℃的高温

2、已知工业上真空炼铷（熔融）原理如下：

2RbCl+Mg==MgCl2+2Rb（g），对于此反应的进行能给予正确解释的是（   ）

A.铷的金属活动性不如镁强，故镁可置换铷。

B.铷的沸点比镁低，把铷蒸气抽出时平衡右移。

C.氯化镁的稳定性不如氯化铷强。

        D.铷的单质状态较化合态更稳定。

3、在加热条件下，KCN溶液中会挥发出剧毒的HCN，从平衡移动的角度来看，挥发出HCN的原因是                                 。

为了避免产生HCN，应采取的措施是向KCN溶液中加入            。

4、把FeCl3溶液蒸干并灼烧，最后得到的主要固体产物是     其原因是              。

5、把Al2（SO4）3溶液蒸干，最后得到的主要固体产物是     其原因是               。

6、在泡沫灭火剂中放入的两种化学药品是NaHCO3溶液与Al2（SO4）3溶液，其灭火原理是什么？

7、请解释：

为什么生活中饮用的碳酸型饮料打开瓶盖倒入玻璃杯时会泛起大量泡沫。

解释：

碳酸型饮料中未溶解的二氧化碳与溶解的二氧化碳存在平衡：

CO2（g）

CO2（aq），打开瓶盖时，二氧化碳的压力减小，根据勒夏特列原理，平衡向释放二氧化碳的方向移动，以减弱气体的压力下降对平衡的影响。

因此，生活中饮用的碳酸型饮料打开瓶盖倒入玻璃杯时会泛起大量泡沫。

二、中学化学常见四大平衡

 1、[讨论、归纳]常见化学平衡体系

化学平衡体系

化学平衡

溶解平衡

电离平衡

水解平衡

对象

有气体参加的可逆反应

气体或固体的水溶液

弱酸或弱碱溶液

水解的盐溶液

表达

aA（g）+bB（g）

cC（g）+dD（g）

AmBn（s）

mAn++nBm-

H2A

HA-+H+

A-+H2O

HA+OH-

平衡时特征

v（正）=v（逆）；

转化率最大；

c、a、n%保持不变。

v（溶）=v（结）；

溶液饱和；浓度最大且为S/（S+100）

电离度最大，pH值不变。

水解度最大，pH值不变。

体系中相关物质的浓度关系与平衡常数（K）相符合

平衡常数（K）

性质

反应吸（放）热，温度升高K增大（减小）

溶解吸（放）热，温度升高K增大（减小）

温度升高K值大

温度升高K值大

意义

K大转化率大，反应完全

K大溶解度大，浓度大。

K大电离度大，酸性强

K大水解度大。

平衡的移动

使体系中相关物质的浓度向等于平衡常数的方向移动

举例

[练习]写出下列反应的平衡常数表达式：

1）Mg（OH）2（s）

Mg2+（aq）+2OH-（aq）2）HAc（aq）

H+（aq）+Ac-（aq）

3）

CO+

Cu2O

Cu+

CO24）CH3COOH+CH3CH2OH

CH3COOCH2CH3+H2O

5）C（s）+H2O（g）

CO（g）+H2（g）6）HCO3-（aq）

H+（aq）+CO32-（aq）

2、常见四大平衡研究对象及举例

A.化学平衡：

可逆反应。

如：

；

加热不利于氨的生成，增大压强有利于氨的生成。

例1.竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g），催化反应室发生的反应为：

CH4（g）+H2O（g）

CO（g）+3H2（g）∆H1=+216kJ/mol；CH4（g）+CO2（g）

2CO（g）+2H2（g）∆H2=+260kJ/mol（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是AD

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH4转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO2和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中，达到平衡时，容器中n（CH4）=amol，n（CO）=bmol，n（H2）=cmol,则通入催化反应室的CH4的物质的量为a+（b+c）/4

例2：

一定条件下，向密闭容器中投入3molH2和1molN2，发生如下反应：

N2+3H2

2NH3

1）完成v-t图

①1min时达到平衡；②第2分钟时加入N2，3分钟时重新达到平衡；

③第4分钟时升温，第5分钟时重新达到平衡；

④第6分钟时扩大容器体积，第7分钟时达到新的平衡

⑤第8分钟时加入催化剂；⑥第9分钟时降温，第10分钟时重新达到平衡；

⑦第11分钟时移走NH3，第12分钟时重新达到平衡

2）反应正方向移动的时间段：

_____________________________________；

3）反应逆方向移动的时间段_____________________________________；

4）达到平衡的时间段_____________________________________；

5）平衡时保持不变的物理量：

_____________________________________；

A．c（N2）B．n（NH3）C．H2的转化率D．压强

E．气体的平均摩尔质量F．气体的密度G．V正H．V逆

【练习】1．（6分）将4molSO3气体和4molNO置于2L容器中，一定条件下发生如下可逆反应（不考虑NO2和N2O4之间的相互转化）：

2SO3（g）

2SO2+O2、2NO+O2

2NO2

⑴当上述系统达到平衡时，O2和NO2的物质的量分别为n（O2）=0.1mol、n（NO2）=3.6mol，则此时SO3气体的物质的量为。

⑵当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是SO3和，或NO和（填它们的分子式）。

⑶在其它条件不变的情况下，若改为起始时在1L容器中充入2molNO2和2molSO2，则上述两反应达到平衡时，c（SO2）平=mol/L。

1．（6分，每空2分）⑴0.2mol⑵SO2、NO2⑶1.9

2．在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：

H2（g）＋Br2（g）＝2HBr（g）已知加入1molH2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr（见下表“已知”项）。

在相同条件下，且保持平衡时各组分的质量分数不变，对下列编号

（1）～（3）的状态，请填写表中空白：

编号

起始状态

平衡时HBr的物质的量（mol）

H2

Br2

HBr

已知

1

2

0

a

（1）

2

4

0

（2）

1

0.5a

（3）

m

2.

（1）2a

（2）00.5（3）2（n-2m）（n-m）a

B.电离平衡：

弱电解质。

如：

；

加热促进电离，稀释电离度增大。

例．试用简单的实验证明，在醋酸溶液中存在着CH3COOH的电离平衡。

1、验证HAc是弱电解质

方法

现象

解释

1、测定NaAc溶液的pH值

2、测定0.1mol/LHAc溶液的pH值

3、测定某HAc溶液的pH值，稀释100倍后再测pH值

pH1=3

pH2

4、HAc溶液中加入甲基橙，加入NH4Ac（s）

溶液呈色

溶液颜色

5、等浓度的HAc和HCl做导电性实验

HCl溶液灯泡

HAc溶液灯泡

6、等浓度的HAc和HCl，加入NaHCO3粉末

HCl中反应速率

HAc中反应速率

7、取等体积、等pH值的HAc和HCl，加入足量的完全相同的Zn粉

HCl反应时间

HAc反应时间

2、水的电离

c（H+）H2O（mol/L）

可能的溶质

溶液可能的pH值

1×10-4

①

②

1×10-7

1×10-11

①

②

③

④

1.液氨与水性质相似，也存在微弱的电离:

2NH3

NH4++NH2-，其离子积常数K=c（NH4+）·c（NH2-）=2×l0-30，维持温度不变，向液氨中加入少量NH4Cl固体或NaNH2固体，不发生改变的是（）

　A．液氨的电离度             B．液氨的离子积常数

　C．c（NH4+）　  　           D．c（NH2-）

2.（4分）中学化学实验中，淡黄色的pH试纸常用于测定溶液的酸碱性。

在25℃时，若溶液的pH=7，试纸不变色；若pH〉7,试纸变蓝色。

而要精确测定溶液的pH，需要用pH计。

pH计主要通过测定溶液的c（H+）,来测定溶液的pH。

（1）已知水中存在如下平衡：

H2O+H2O

H3O++OH－；△H>0kJ·mol－1

现要使平衡向右移动，且所得的溶液呈酸性，选择的方法是___________（填编号）

　　A.向水中加入NaHSO4                       B.向水中加入Cu（NO3）2

　　C.加热水至100℃[其中c（H+）=1×10－6mol·L－1]  D.向水中加入（NH4）2SO4

（2）现要测定100℃沸水的pH及酸碱性，若用pH试纸测定，则试纸显_______色，溶液呈_____性（填酸、碱或中）；若用pH计测定，则pH________7（填“大于”、“等于”或“小于”）

2.（各1分）

（1）BD

（2）红，中；小于

3、（8分）重水（D2O）的离子积Kw=1.6×10-15mo12·L-2.，可以用pH一样的定义来规定pD=-lg[D+]，试求该温度下：

 ①重水的pD＝？

 ②含0.01molNaOD的D2O溶液1L，其pD=？

 ③溶解0.01molDCl的D2O溶液1L，其pD=？

 ④在100mL0.25mol.L-1的DCl重水溶液中，加入50mL0.2mo1·L-1的NaOD的重水溶液，其pD=？

3.①[D+]=[OD-]=4×10-8mol.L-1pD=-lg[D+]=-lg4×10-8=8-2lg2≈7.4;

②pD=-lg[D+]=-lg16×10-14≈12.8;③pD=-lg[D+]=-lg0.01=2;④[D+]=0.1（mol.L-1）;pD=-lg[D+]=-lg0.1=1.

C.水解平衡：

弱酸盐或弱碱盐或弱酸弱碱盐。

如：

；△H>0配制

溶液应加入少量酸防止

水解。

不断加热

溶液，蒸干灼烧可得到

固体。

【强化练习】1、在相同温度下，等体积等物质的量的浓度的4种稀溶液：

①Na2SO4、②H2SO4、③NaHSO4、④Na2S中所含带电微粒数由多到少的顺序是（PH？

）

　A ①=④>③=②   B ④=①>③>②   C ①>④>③>②   D　④>①>③>②  

2．常温下，pH=5的H2SO4和Al2（SO4）3溶液中，水的电离度分别为α1和α2，则α1和α2的关系为，由水电离出的[H＋]之比为。

3.BiCl3水解生成BiOCl沉淀.

（1）写出水解反应的离子方程式_______________________

（2）医药上把BiOCl叫作次氯酸铋,该名称________（填“合理”或“不合理”）,其理由是_________________.

（3）配制BiCl3溶液时,其方法是__________________________.

（4）把适量固体BiCl3置于浓NaCl溶液可得到澄清溶液,其原因是__________________

4．（3分）某温度下0.1mol/LNa2CO3溶液中c（Na+）/c（CO32-）=20/9，其原因是_________________________。

现往Na2CO3溶液中通入一定量的CO2后，c（Na+）/c（CO32-）=5/2，其原因是________________________，此时c（HCO3-）的物质的量浓度为_________________________（体积变化忽略）。

1.D2.α2=10000α11：

104一定物质的量的醋酸溶液冲稀100倍，测其PH（其它方法合理亦可）

3.

（1）BiCl3＋H2O＝BiOCl↓＋2HCl

（2）不合理因BiOCl中Cl呈－1价而非＋1

（3）将BiCl3溶于含适量HCl的蒸馏水中

（4）BiOCl＋H2O

BiOCl＋2H+＋2Cl-,[Cl－]增大时,抑制了BiCl3水解

4．（各1分）CO32-水解，c（CO32-）减小；CO2与Na2CO3发生反应生成NaHCO30.12mol/L

D.溶解平衡：

气体或固体溶于水形成的饱和溶液中形成的平衡体系，通常为固体的溶解平衡

（1）气体的溶解平衡如：

当加入NaCl、CaCO3等时平衡会发生移动。

当收集

、

、

、

等气体时往往分别通过饱和的NaCl、NaHSO3、NaHCO3、NaHS等溶液以除去可能有的酸性气体，且抑制气体的溶解。

（2）固体的溶解平衡如：

NaNO3（s）

；

加热促进溶解；

Ca（OH）2（s）

；

加热溶解度降低；

反应的进行是由于MgCO3存在溶解平衡：

MgCO3（s）

Mg2+（aq）+CO32-（aq），由于CO32-能水解，加热时CO32-的水解程度增大，促进了MgCO3的溶解，最终MgCO3转化成Mg（OH）2。

 例.磷酸镁铵（

）是一种重要的盐，难溶于水。

化学上制备磷酸镁铵从反应原理看，是用氯化镁溶液、磷酸氢二钠和氨水混合反应的方法。

（1）写出制备磷酸镁铵反应的离子方程式：

__________________________________。

（2）在实际制备的反应中，要向混合液中加入适量的铵盐（

），请分析说明加入铵盐的目的是______________________________________________。

      分析：

第

（2）题应从得到的沉淀是否纯净来考虑，因为氨水电离出的

能与

反应生成

沉淀致使得到的磷酸镁铵不纯，加入铵盐可抑制

的电离，防止产生

沉淀。

答案：

（1）

（2）抑制

的电离，防止生成

沉淀

【强化练习】

1．沉淀溶解平衡的研究对象是__________，特点是_______________________。

一定温度下，难溶电解质在水中达到平衡时，也存在着一个平衡常数，叫做____________或____________，用符号_________表示，溶度积只与____________和_____________有关，与________无关，反映了物质在水中的__________。

对于难溶物电解质AmBn在水溶液中的沉淀溶解平衡，可以表示为：

AmBn（s）

mAn+（aq）+nBm-（aq）Ksp=_______________________

影响沉淀平衡的因素有______________________________________。

2．由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程称为________________，若难溶解电解质类型相同，则Ksp___________的沉淀易于转化为Ksp_________的沉淀；根据溶度积常数Ksp与浓度商QC的关系可以判断沉淀溶解平衡移动的规律，对于难溶电解质AmBn，浓度商QC表示为：

QC=[An+]m[Bm-]n

若QC

若QC=Ksp_______________________________________________________,

若QC>Ksp_______________________________________________________。

3、石灰乳中存在下列平衡Ca（OH）2（s）

Ca2++2OH-,略改变下列条件，填“增大”、“减小”或“不变”

改变条件

平衡移

动方向

m[Ca（OH）2]（s）

n（Ca2+）

c（OH-）

Ksp

S[Ca（OH）2]（s）

加水

加热

加入NaOH（s）

加入Ca（OH）2（s）

加入CaO

通入NH3

加入NH4Cl（s）

通入Na2CO3

通入HCl

加入CaCl2（s）

4.下列说法正确的是（）

A.在一定温度下AgCl的水溶液中，Ag+和Cl-浓度的乘积是一个常数；

B.AgCl的Ksp=1.8×10-10mol2·L-2，在任何含AgCl固体的溶液中，c（Ag+）=c（Cl-）且Ag+与Cl-浓度的乘积等于1.8×10-10mol2·L-2；

C.温度一定时，当溶液中Ag+和Cl-浓度的乘积等于Ksp值时，此溶液为AgCl的饱和溶液；

D．向饱和AgCl水溶液中加入盐酸，Ksp值变大。

5.下列说法正确的是（）

A.两难溶电解质作比较时，Ksp小的，溶解度一定小；

B.欲使溶液中某离子沉淀完全，加入的沉淀剂应该是越多越好；

C.所谓沉淀完全就是用沉淀剂将溶液中某一离子完全除净；

D.欲使Ca2+离子沉淀最完全，选择Na2C2O4作沉淀剂效果比Na2CO3好。

6.纯净的NaCl并不潮解，但家庭所用的食盐因含有

杂质而易于潮解。

为得到纯净的氯化钠，有人设计这样一个实验：

把买来的食盐放入纯NaCl的饱和溶液中一段时间，过滤即得纯净的NaCl固体。

对此有下列说法，其中正确的是（   ）

      A.食盐颗粒大一些有利于提纯B.设计实验的根据是

易溶于水

C.设计实验的根据是NaCl的溶解平衡D.在整个过程中，NaCl的物质的量浓度会变大

7.试利用平衡移动原理解释下列事实：

（1）FeS不溶于水，但能溶于稀盐酸中；

（2）

难溶于稀硫酸，却能溶于醋酸中；

      （3）分别用等体积的蒸馏水和0.010mol/L硫酸洗涤

沉淀，用水洗涤造成

的损失量大于用稀硫酸洗涤的损失量。

8.FeS饱和溶液中存在溶解平衡：

，常温下

=

。

（1）理论上FeS的溶解度为______________。

（2）又知FeS饱和溶液中

之间存在以下关系：

×

，为了使溶液里

达到

，现将适量FeS投入其饱和溶液中，应调节溶液中的

为___________________。

 7.

（1）

，加入稀盐酸后，

，破坏了FeS的溶解平衡，使上述平衡向正方向移动，故FeS溶解。

（2）

，在稀硫酸中生成的

微溶，附着在

的表面，很难破坏

的溶解平衡，故难溶于稀

。

而在醋酸中，

=

，破坏了

的溶解平衡，故

能溶于醋酸。

      （3）

，用水洗涤使

的溶解平衡向正方向移动，造成

的损失；而用

洗涤

，

的存在抑制了

的溶解，故

损失量少。

8.分析：

（1）由溶度积可知：

      即1L水中可溶解

的硫化亚铁，可求出溶解度为

（2）由于一定温度下，溶度积常数不随离子浓度改变而改变。

故已知某离子浓度时，可利用溶度积常数求其他离子的浓度。

，则

，又因氢离子与硫离子之间的平衡关系，可求出

。

答案：

（1）

（2）

补充1.已知反应

能完全进行，则下列推断中，正确的是（）

A.

溶液的pH＜7，将其蒸干并灼烧后，得到的残留物可能为BeO

B.

溶液的pH＞7，将其蒸干并灼烧后，得到的残留物可能为BeO

C.

既能溶于盐酸又能溶于烧碱溶液

D.

水溶液的导电性强，因此

一定是离子化合物

2．常温下已知两种一元弱酸HX和HY，已知向NaX溶液中通入CO2气体只能生成HX和NaHCO3，往NaY溶液中通入CO2可以生成HY和Na2CO3。

有关叙述正确的是

A．结合质子的能力：

B．酸性由强至弱：

H2CO3＞HX＞HYC．溶液碱性：

NaX＞Na2CO3＞NaY＞NaHCO3

D．NaX溶液中通入足量CO2后的离子浓度：

3.已知pH=2的高碘酸（H5IO6）溶液与pH=12的NaOH溶液等体积混合，所得

混合液显酸性；0.01mol·L—1的碘酸（HIO3）或高锰酸（HMnO4）溶

液与pH=12的NaOH溶液等体积混合，所得混合液显中性。

请回答下列问题：

（1）高碘酸是（填“强酸”或“弱酸”），理由是

。

（2）已知高碘酸和硫酸锰（MnSO4）在溶液中反应生成高锰酸、碘酸和硫酸，此反应的氧化剂是，反应的离子方程式可表示为：

。

3答案：

弱酸理由略高碘酸5H5IO6+2Mn2+=11H++2MnO4-+5