2022年高考化学一轮复习第8章第42讲　专项提能特训17　四大平衡常数的综合应用_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022年一轮复习各版本

专项提能特训 17 四大平衡常数的综合应用 1．已知K(K )、K 、K 、K 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 a b w h sp 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： K ＝1.0×10－14，K(CHCOOH)＝1.8×10－5， w a 3 K(HSCN)＝0.13，K(HF)＝4.0×10－4， a a K [Mg(OH) ]＝1.8×10－11 sp 2 (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K 都随温度的升高而增大 sp c．常温下，CHCOOH在水中的K 大于在饱和CHCOONa溶液中的K 3 a 3 a d．一定温度下，在CHCOONa溶液中，K ＝K·K 3 w a h (2)25 ℃时，1.0 mol·L－1HF溶液的pH约等于____________(已知lg 2≈0.3)。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CHCOONH 溶液为中性，又知CHCOOH溶液加到NaCO 溶液中有气体放出，现 3 4 3 2 3 有25 ℃时等浓度的四种溶液： A．NH Cl B．NH SCN 4 4 C．CHCOONH D．NH HCO 3 4 4 3 回答下列问题： ①试推断NH HCO 溶液的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)7。 4 3 ②将四种溶液按NH浓度由大到小的顺序排列：________(填字母)。 ③NH SCN溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为____________________。 4 (4)为探究 Mg(OH) 在酸中的溶解性，利用以上数据可以计算出反应： Mg(OH) (s)＋ 2 2 2CHCOOH(aq)Mg2＋(aq)＋2CHCOO－(aq)＋2HO(l)在 25 ℃时的平衡常数 K＝ 3 3 2 _________，并据此推断 Mg(OH) ________(填“能”或“不能”)溶解于醋酸。(已知 2 1.83≈5.8) 答案 (1)ad (2)1.7 酸 HF和NaF的浓度相等，K＝4.0×10－4，K ＝＝2.5×10－11，故HF a h 的电离程度大于F－的水解程度，溶液呈酸性 (3)①＞ ②A＞B＞C＞D ③c(SCN－)＞ c(NH)＞c(H＋)＞c(OH－) (4)5.8×107 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K 不一 sp 定随温度的升高而增大，故 b错误；K 只随温度变化，故 c错误；由电离平衡常数， a K(CHCOOH)＝，水的离子积常数K ＝c(H＋)·c(OH－)，盐的水解平衡常数K ＝可知，一定 a 3 w h温度下，在CHCOONa溶液中，K ＝K·K ，故d正确。 3 w a h (2)K(HF) ＝ ＝ ＝ 4.0×10 － 4 ， 则 1.0 mol·L － 1HF 溶 液 中 氢 离 子 浓 度 为 2.0× a 10－2 mol·L－1，所以pH＝－lg(2.0×10－2)＝2－lg2≈1.7，HF和NaF的浓度相等，K＝4.0× a 10－4，K ＝＝＝2.5×10－11，故HF的电离程度大于F－的水解程度，溶液呈酸性。(3)①因 h CHCOOH 溶液加到 NaCO 溶液中有气体放出，所以酸性：CHCOOH＞HCO ， 3 2 3 3 2 3 CHCOONH 溶液为中性，可得醋酸的酸性和 NH ·H O的碱性一样，所以NH HCO 溶液中 3 4 3 2 4 3 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 pH＞7。②NH Cl溶液中Cl－不 4 促进也不抑制NH水解；B、C、D中均相互促进，由K(CHCOOH)＝1.8×10－5，K(HSCN) a 3 a ＝0.13，酸性：CHCOOH＞HCO 可知，B、C、D中NH水解程度依次增大，则四种溶液 3 2 3 中NH浓度由大到小的顺序排列是A＞B＞C＞D。③由CHCOONH 溶液为中性，K(HSCN) 3 4 a ＝0.13＞K(CHCOOH)可知，NH SCN溶液呈酸性，所以溶液中所有离子浓度由大到小的顺 a 3 4 序为 c(SCN－)＞c(NH)＞c(H＋)＞c(OH－)。(4)Mg(OH) (s)＋2CHCOOH(aq)Mg2＋(aq)＋ 2 3 2CHCOO－(aq)＋2HO(l)在25 ℃时的平衡常数K＝＝＝＝ 3 2 ≈5.8×107，因K特别大，所以Mg(OH) 能溶解于醋酸。 2 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ZnSO·7H O 4 2 的过程如下： (1)若稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为NH NO ，氧化剂与还原剂的物质的量之比是________。 4 3 (2)若步骤①的pH＞12，则Zn(OH) 溶解生成偏锌酸钠，写出Zn(OH) 被溶解的离子方程式 2 2 ______________________________________________________________________________。 (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pH＝4，c(Zn2＋)＝2 mol·L－1，c(Fe3＋)＝2.6×10－9 mol·L－1，能求得的溶度积 是______(填字母)。 A．K [Zn(OH) ] sp 2 B．K [Zn(OH) ]和K [Fe(OH) ] sp 2 sp 3 C．K [Fe(OH) ] sp 3 (5)已知：①Fe(OH) (s)Fe3＋(aq)＋3OH－(aq) ΔH＝a kJ·mol－1 3 ②HO(l)H＋(aq)＋OH－(aq) ΔH＝b kJ·mol－1 2 请写出Fe3＋发生水解反应的热化学方程式：______________________________________。(6)若Fe(OH) 的溶度积常数为K ，HO的离子积常数为K ，Fe3＋发生水解反应的平衡常数 3 sp 2 w K＝______________(用含K 、K 的代数式表示)。 sp w 答案 (1)1∶4 (2)Zn(OH) ＋2OH－===ZnO＋2HO (3)Cl－、NO (4)C (5)Fe3＋(aq)＋ 2 2 3HO(l)Fe(OH) (s)＋3H＋(aq) ΔH＝(3b－a) kJ·mol－1 (6) 2 3 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) 、Zn(OH) 沉淀，过滤分离，滤液C中含有 3 2 NaNO 、NaCl等，沉淀会附着NaNO 、NaCl等，用水洗涤除去，沉淀B用硫酸溶解、控制 3 3 一定pH，Fe(OH) 不溶解，过滤分离得到ZnSO 溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、 3 4 洗涤、干燥得ZnSO·7H O，以此解答该题。 4 2 (1)稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为NH NO ，反应中N元素化合价由＋5降低到－3，Zn元素 4 3 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 1∶4。(3)沉淀 A会附着 NaNO 、NaCl等，洗涤后滤液D中阴离子除了含有OH－外，还含有Cl－、NO。(4)若滤液E 3 的pH＝4，c(Zn2＋)＝2 mol·L－1，c(Fe3＋)＝2.6×10－9 mol·L－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，②×3－①可得Fe3＋发生水解反应的热化学方 程式：Fe3＋(aq)＋3HO(l)Fe(OH) (s)＋3H＋(aq) ΔH＝(3b－a) kJ·mol－1。 2 3 (6)K＝＝＝。 3．工业合成氨的反应为N(g)＋3H(g)2NH (g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 2 2 3 (1)一定温度下，向2 L密闭容器中充入2 mol N (g)和8 mol H (g)，反应过程中氨气物质的量 2 2 与时间的关系如下表所示： 时间/min 0 5 10 15 20 25 30 35 NH /mol 0 0.5 0.9 0.12 0.15 0.15 0.15 0.15 3 ①0～20 min内氢气的平均反应速率为____________________。 ②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 K ＝1.8×10－5，向蒸馏水中通入一定量氨气配制浓度为 b 0.5 mol·L－1氨水，氨水溶液的pH约等于________。(已知lg2＝0.3，lg3＝0.5) (3)已知：常温下Ni(OH) 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 2 ＝8时，溶液中c(Ni2＋)＝____________________。 (4)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 K 约为 h __________________________________。 答案 (1)①5.625×10－3 mol·L－1·min－1 ②减小 (2)11.5 (3)5.5×10－4mol·L－1 (4)1.0×10－9 解析 (1)①v(H )＝v(NH )＝×＝5.625×10－3 mol·L－1·min－1。②合成氨反应的正反应是放热 2 3 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 mol·L－1氨水电离出的 c(OH－)为 x，由 NH ·H ONH＋OH－可知：K ＝＝＝1.8×10－5，解得：x≈3.0×10－3 3 2 bmol·L－1，c(H＋)＝＝ mol·L－1＝×10－11 mol· L－1，pH＝－lg(×10－11)＝11＋lg3＝11.5。(3)pH＝8时，c(OH－)＝1.0×10－6 mol·L－1，由 Ni(OH) (s)Ni2＋(aq)＋2OH－(aq)可知：c(Ni2＋)＝ mol·L－1＝5.5×10－4 mol·L－1。(4)氯化铵 2 溶液中存在水解平衡：NH＋HONH ·H O＋H＋，0.1 mol·L－1氯化铵溶液pH约为5，则 2 3 2 c(H＋)＝1.0×10－5mol·L－1，则氯化铵水解常数K ＝≈＝1.0×10－9。 h 4．已知K、K、K 、K 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、 a w sp 难溶电解质的溶度积常数。 (1)已知25 ℃时CHCOONH 呈中性，则该温度下CHCOONH 溶液中水电离的H＋浓度为 3 4 3 4 ________，溶液中离子浓度大小关系为____________。 (2)NH Cl 溶 液 呈 ______( 填 “ 酸 ” “ 碱 ” 或 “ 中 ” ) 性 ， 其 原 因 是 4 ______________________(用离子方程式表示)。NaHCO 溶液呈______(填“酸”“碱”或 3 “中”)性，其原因是__(用离子方程式表示)。 (3)已知常温下Fe(OH) 和Mg(OH) 的K 分别为8.0×10－38、1.0×10－11，向浓度均为0.1 mol·L 3 2 sp －1的FeCl 、MgCl 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 3 2 液pH的范围是________。(已知lg2＝0.3，离子浓度低于10－5mol·L－1时认为沉淀完全) 答案 (1)1.0×10－7 mol·L－1 c(NH)＝c(CHCOO－)＞c(OH－)＝c(H＋) (2)酸 NH＋ 3 HONH ·H O＋H＋ 碱 HCO＋HOHCO＋OH－ (3)3.3≤pH＜9 2 3 2 2 2 3 解析 (1)CH COOH和NH ·H O电离常数相等，则该温度下CHCOONH 溶液中铵根离子和 3 3 2 3 4 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 1.0×10－7 mol·L－1；水的电离程度很小，溶液中离子浓度大小顺序是c(NH)＝c(CHCOO－)＞c(OH－)＝ 3 c(H＋)。(2)NH Cl溶液呈酸性，其原因是NH＋HONH ·H O＋H＋；NaHCO 溶液呈碱性， 4 2 3 2 3 其原因是HCO＋HOHCO ＋OH－。(3)≤c(OH－)＜， mol·L－1≤c(OH－)＜ mol·L－1， 2 2 3 2×10－11 mol·L－1≤c(OH－)＜1×10－5 mol·L－1， mol·L－1＜c(H＋)≤ mol·L－1，则3.3≤pH＜ 9。 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 HSO HCl HNO 4 2 4 3 K 3.0×10－8 6.3×10－9 1.6×10－9 4.2×10－10 a 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HSO ===2H＋＋SO 2 4 d．水对于这四种酸的强弱没有区分能力，但冰醋酸可以区分这四种酸的强弱(2)已知：25 ℃时，HA的K＝1.0×10－6，则25 ℃时，1 mol·L－1的HA溶液pH＝______。 a (3)在温度为t时，某研究人员测定NH ·H O的电离常数K 为2×10－5，NH的水解常数K 为 3 2 b h 1.5×10－8，则该温度下水的离子积常数K 为________，请判断t______(填“＞”“＜”或 w “＝”)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K 分别为 sp 6.0×10－36、2.0×10－10)。 (5)25 ℃时，将a mol·L－1的氨水与0.01 mol·L－1的盐酸等体积混合所得溶液中 c(NH)＝ c(Cl－)，则溶液显______(填“酸”“碱”或“中”)性；用含a的代数式表示NH ·H O的电 3 2 离常数K ＝____________。 b 答案 (1)c (2)3 (3)3×10－13 ＞ (4)3.3×1025 (5)中 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HSO H＋＋HSO，c错误；这四种酸在水中都完全电离，在冰醋酸 2 4 中电离程度不同，所以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＋)＝K·c(HA)＝1.0×10－6×1＝1×10－6，所以c(H＋)＝10－3 mol·L－1， a pH＝3。(3)K ＝K ·K ＝2×10－5×1.5×10－8＝3×10－13，t温度时水的离子积常数大于25 ℃ w b h 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K＝＝＝＝≈3.3×1025。(5)根据电荷守恒有c(NH)＋c(H＋)＝c(Cl－)＋c(OH －)，由于c(NH)＝c(Cl－)，故c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性，故溶液中c(OH－)＝10－7 mol·L－ 1，溶液中c(NH)＝c(Cl－)＝×0.01 mol·L－1＝0.005 mol·L－1，故混合后溶液中c(NH ·H O)＝×a 3 2 mol·L－1－0.005 mol·L－1＝(0.5a－0.005) mol·L－1，NH ·H O的电离常数K ＝＝。 3 2 b 6．与K相关的计算：已知 25 ℃时，K [Mg(OH) ]＝3.2×10－11，K [Cu(OH) ]＝2.2×10－ sp 2 sp 2 20。 (1)25 ℃时，Mg(OH) 的溶解度为____________。 2 (2)向0.02 mol·L－1 MgCl 溶液中加入NaOH固体，要生成Mg(OH) 沉淀，溶液中c(OH－)最 2 2 小为________。 (3)向浓度均为0.02 mol·L－1MgCl 和CuCl 混合液中逐滴加入NaOH溶液，先生成________ 2 2 沉淀，当两种沉淀共存时，＝____________。 (4)Cu2＋的水解平衡常数为：______________________。 (5)25 ℃，已知0.05 mol·L－1 NaA溶液pH＝8，求HA的K＝________(近似值)。 a (6)25 ℃时，向a mL 0.1 mol·L－1 NaOH溶液中逐滴加入等浓度的CHCOOH溶液b mL， 3 混合溶液恰好呈中性(体积变化忽略不计)，已知 CHCOOH的K ＝1.75×10－5，求的值 3 a ________。答案 (1)1.16×10－3g (2)4×10－5mol·L－1 (3)Cu(OH) 1.45×109 (4)4.5×10－9 (5)5×10－4 (6) 2 解析 (1)设饱和Mg(OH) 溶液的物质的量浓度为c，则c(Mg2＋)·c2(OH－)＝4c3＝3.2×10－11， 2 c＝2×10－4 mol·L－1，假设饱和Mg(OH) 溶液的密度为1 g·mL－1，则100 mL溶液的质量为 2 100 g，含有溶质的质量为2×10－4 mol·L－1×0.1 L×58 g·mol－1＝1.16×10－3 g，溶剂的质量 约为100 g，所以其溶解度约为1.16×10－3 g。(2)如果溶液Q＞K [Mg(OH) ]就能产生沉淀， c sp 2 c(OH－) ≥＝ mol·L－1＝4×10－5mol·L－1。(3)Mg(OH) 和Cu(OH) 的溶度积表达式相同，则溶度积常 2 2 数越小的越先产生沉淀，所以先产生的沉淀是 Cu(OH) ，当两种沉淀共存时，＝＝＝ 2 ≈1.45×109。(4)K [Cu(OH) ]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝2.2×10－20，反应Cu2＋＋2HOCu(OH) sp 2 2 2 ＋2H＋的平衡常数K ＝＝＝＝≈4.5×10－9。(5)A－＋HOHA＋OH－，pH＝8，则c(HA)＝ h 2 c(OH－)＝10－6 mol·L－1，HA的K＝＝＝5×10－4。(6)溶液呈中性说明c(H＋)＝10－7 mol·L－ a 1，溶液中c(CHCOO－)＝c(Na＋)＝ mol·L－1，醋酸的浓度为mol·L－1，根据平衡常数的计算公 3 式可得：1.75×10－5＝＝，解得＝。