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热点专题专练(四) 四大平衡常数的应用
1.下列关于水的说法正确的是( )
A.常温下正常雨水的pH为7.0,酸雨的pH小于7.0
B.将25 ℃纯水加热至95 ℃时,增大
C.将纯水加热到95 ℃时,水的离子积变大,pH不变,水仍呈中性
D.向水中加入醋酸或醋酸钠,均可促进水的电离
2.人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧力气,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
3.某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,确定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只转变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化的关系如下图所示。下列说法中正确的是( )
A.30 min时降低温度,40 min时上升温度
B.前8 min A的平均反应速率为0.04 mol·(L·min)-1
C.反应方程式中的x=1,正反应为吸热反应
D.20~40 min间该反应的平衡常数均为4
4.水的电离平衡曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.图中四点KW间的关系:A=D<C<B
B.若从A点到C点,可接受:温度不变在水中加少量NaOH固体
C.若从A点到D点,可接受:温度不变在水中加少量酸
D.若处在B点所在的温度,将pH=2的硫酸与pH=10的NaOH的两种溶液等体积混合后,溶液显中性
5.已知25 ℃时有关弱酸的电离平衡常数:
弱酸化学式
CH3COOH
HCN
H2CO3
电离平衡常
数(25 ℃)
1.8×10-5
4.9×10-10
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
则下列有关说法正确的是( )
A.等物质的量浓度的溶液pH关系为:Na2CO3>NaCN>CH3COONa
B.a mol·L-1HCN溶液与b mol·L-1NaOH溶液等体积混合,所得溶液中c(Na+)>c(CN-),则a确定小于b
C.冰醋酸中渐渐滴加水,则溶液的导电性、pH均先增大后减小
D.NaHCO3和Na2CO3混合溶液中,确定有c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO)+c(CO)
6.(2022·黄山模拟)常温下,0.1 mol/L某一元酸(HA)溶液中=1×10-8,下列叙述正确的是( )
A.该一元酸溶液的pH=1
B.该溶液中由水电离出的c(H+)=1×10-11 mol/L
C.该溶液中水的离子积常数为1×10-22
D.用pH=11的NaOH溶液V1 L与V2 L 0.1 mol/L该一元酸(HA)溶液混合,若混合溶液的pH=7,则V1<V2
7.25 ℃时,用水稀释0.1 mol·L-1的氨水,溶液中随着水量的增加而减小的是( )
① ②
③c(H+)·c(OH-) ④
A.①② B.③
C.③④ D.②④
8.已知如下物质的溶度积常数:FeS:Ksp=6.3×10-18;CuS:Ksp=1.3×10-36;ZnS:Ksp=1.6×10-24。下列说法正确的是( )
A.同温度下,CuS的溶解度大于ZnS的溶解度
B.将足量CuSO4溶解在0.1 mol/L的H2S溶液中,Cu2+能达到的最大浓度为1.3×10-35 mol/L
C.由于H2SO4是强酸,所以Cu2++H2S===CuS↓+2H+不能发生
D.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂
9.(1)25 ℃时,强酸A溶液的pH=a,强碱B溶液的pH=b,且a+b=14,若两者等体积混合后,溶液的pH=________,此时溶液中盐的阳离子浓度大于阴离子浓度,其缘由可能是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)水的电离平衡如图所示,若A点表示25 ℃时水的电离平衡状态,当上升温度至100 ℃时水的电离平衡状态为B点。100 ℃时pH=8的Ba(OH)2溶液与pH=5的盐酸混合,并保持100 ℃的恒温,欲使混合溶液的pH=7,求Ba(OH2)溶液与盐酸的体积比为________。
10.运用化学反应原理争辩卤族元素的性质具有重要意义。
(1)下列关于氯水的叙述正确的是________(填写符号)。
a.氯水中存在两种电离平衡
b.向氯水中通入SO2,其漂白性增加
c.向氯水中通入氯气,c(H+)/c(ClO-)减小
d.加水稀释氯水,溶液中的全部离子浓度均减小
e.加水稀释氯水,水的电离平衡向正反应方向移动
f.向氯水中加入少量固体NaOH,可能有c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)
(2)常温下,已知25 ℃时有关弱酸的电离平衡常数:
弱酸化学式
HClO
H2CO3
电离平衡常数
4.7×10-8
K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11
写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式_____________________________。
(3)电解饱和食盐水可得到溶质为M的碱溶液,常温下将浓度为c1的M溶液与0.1 mol·L-1的一元酸HA等体积混合,所得溶液pH=7,则c1________0.1 mol·L-1(填“≥”、“=”或“≤”),溶液中离子浓度的大小关系为___________________。若将上述“0.1 mol·L-1的一元酸HA”改为“pH=1的一元酸HA”,所得溶液pH仍为7,则c1________0.1 mol·L-1。
(4)牙釉质对牙齿起着疼惜作用,其主要成分为羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH],争辩证明氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]比它更能抵制酸的侵蚀,故含氟牙膏已使全世界千百万人较少龋齿,请写出羟基磷灰石的溶度积常数表达式Ksp=________,氟离子与之反应转化的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
11.国内某知名高校实现了在400 ℃、65 MPa压力下由二氧化碳与氢气合成乙醇的试验:2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。
(1)该温度下,在1 L密闭容器中通入CO2和H2,10 min后生成了4.6 g乙醇,则10 min内用CO2表示的平均反应速率为________。
(2)该反应的平衡常数表达式为________________________________________。
(3)请用上述反应中的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态。
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________。
(4)若上升温度,平衡常数K增大,则该反应的ΔH________0(填“>”、“=”或“<”)。
(5)请提出两个合理的提高乙醇产率的措施:①________;②________。
12.T ℃时,将6 mol A和8 mol B充入2 L密闭容器中,发生反应:A(g)+3B(g)C(g)+D(g),容器中B的物质的量随时间变化如图中实线所示。图中虚线表示仅转变某一反应条件时,H2的物质的量随时间的变化。下列说法正确的是( )
A.反应开头至a点时v(A)=1 mol·L-1·min-1
B.若曲线Ⅰ对应的条件转变是升温,则该反应的ΔH>0
C.曲线Ⅱ对应的条件转变是增大压强
D.T ℃时,该反应的化学平衡常数为0.125
13.现有相同条件,同一容器中的三个反应:
反应①Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH1,平衡常数为K1,
反应②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH2,平衡常数为K2,
反应③Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH3,平衡常数为K3。
在不同温度下,部分K1、K2的值如下:
T/℃
700
800
K1
2.38
2.56
K2
0.80
(1)K1的表达式为________;依据反应①②③推导出K1、K2、K3的关系式K3=________。
(2)800 ℃时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入确定量的CO和H2O维持恒温,发生反应②,反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min
0
2
4
6
n(CO)/mol
1.20
0.90
0.80
n(H2O)/mol
0.60
0.20
(A)由以上信息推断反应③正反应方向为________(填“放热”或“吸热”)反应。
(B)若在800℃时的恒压密闭容器中通入CO和H2O各1 mol发生反应②,当反应达到平衡后,维持温度与压强不变,t1时再通入各1 mol的CO和H2O的混合气体,请在下图中画出正(v正)、逆(v逆)反应速率在t1后随时间t变化的曲线图。
答 案
1.选B 正常雨水的pH为5.6,酸雨的pH小于5.6;将纯水加热后,水的离子积变大,B项算式表示氢离子浓度,其值变大,pH变小,水仍呈中性;向水中加入醋酸可抑制水的电离,而加入醋酸钠会促进水的电离。
2.选C 由化学方程式知,K的表达式正确,即A正确;CO与HbO2反应的平衡常数达220,可见其正向进行的程度很大,B正确。K=,由题意知,K=220,=0.02时,人智力受损,则c(CO)/c(O2)=9×10-5,C项错误。D项,当O2浓度很大时,题中平衡将逆向移动,从而使人获解救,正确。
3.选D 降低温度平衡确定发生移动,A、B和C的浓度发生转变,故30 min时不是降低温度,A错。从0~8 min时,Δc(A)=2.0 mol·L-1-1.36 mol·L-1=0.64 mol·L-1,v(A)=0.64 mol·L-1÷8 min=0.08 mol·L-1·min-1,B项错误。从0~20 min达到平衡状态时,A、B反应的物质的量相等,说明x=1,在图2中40 min时,正、逆速率均增大,并且v(逆)>v(正),说明升温平衡向逆反应方向移动,正反应放热,C项错误。在20~30 min内,平衡常数K===4;在30~40 min内,K==4,D项正确。
4.选B 温度越高,KW越大,A正确;KW只与温度有关,只有上升温度才能从A点到C点,B错误;温度不变在水中加少量酸,可以使氢离子浓度上升,氢氧根离子浓度降低,C正确;100 ℃时,水的离子积常数为1.0×10-12,pH=2的硫酸与pH=10的NaOH溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等,等体积混合后溶液显中性,D正确。
5.选A H2CO3的二级电离平衡常数最小,CH3COOH的电离平衡常数最大,所以等物质的量浓度的Na2CO3、NaCN、CH3COONa溶液中的弱酸根离子水解程度依次减小,pH也依次减小,A正确;HCN是弱酸,当a等于b时,反应生成NaCN,由于CN-水解,所得溶液中也是c(Na+)>c(CN-),B错误;冰醋酸中渐渐滴加水,冰醋酸渐渐电离,随着水越来越多,氢离子浓度先增大后减小,pH先减小后增大,溶液的导电性先增大后减小,C错误;依据电荷守恒NaHCO3和Na2CO3混合溶液中,确定有c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO)+2c(CO),D错误。
6.选B 将c(OH-)=,代入原题关系式中可得=1×10-8,解得c(H+)=1×10-3 mol/L,所以pH=3,A项错;酸溶液中c(OH-)= mol/L=1×10-11 mol/L,所以,由水电离出的c(H+)=c(OH-)=1×10-11 mol/L,B项正确;常温下,水的离子积常数为1×10-14,C项错;由于HA是弱酸,浓度大,二者等体积混合呈酸性,当pH=7时,应有V1>V2,D项错。
7.选D 在氨水中存在NH3·H2ONH+OH-的平衡,加水稀释时平衡右移,NH3·H2O的物质的量减小,NH和OH-的物质的量增大,但浓度均减小,由于温度确定,水的离子积KW和电离常数Kb不变,故可借助Kb=,KW=c(H+)·c(OH-)推断出②④正确。
8.选D 依据Ksp的大小可知,CuS的溶解度最小,A错误。B选项中c(Cu2+)=,由于0.1 mol/L的H2S溶液中,c(S2-)远远小于0.1 mol/L,故Cu2+浓度的最大值大于1.3×10-35 mol/L,B错误。C项中,由于CuS不溶于酸,故该反应可以发生,C错误。D项中,依据FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq),又由于Ksp(CuS)小于Ksp(FeS),故Cu2+会与S2-结合生成CuS,D正确。
9.解析:(1)由信息知强酸A溶液的c(H+)与强碱B溶液的c(OH-)相等,两者等体积混合恰好完全反应,溶液的pH=7,此时溶液中盐的阳离子浓度大于阴离子浓度,其缘由可能是酸为二元强酸,碱为一元强碱。
(2)100 ℃时水的离子积为1×10-12,因反应后溶液pH=7,则c(OH-)=1×10-12/10-7 mol·L-1=1×10-5 mol·L-1,呈碱性,说明碱过量。设二者的体积分别为x、y,则有:c(OH-)==1×10-5解得x∶y=2∶9。
答案:(1)7 酸为二元强酸,碱为一元强碱
(2)2∶9
10.解析:(1)氯水中存在次氯酸的电离和水的电离两种平衡;向氯水中通入SO2,二者反应生成硫酸和盐酸,其漂白性减弱;当氯水饱和时再通氯气,c(H+)/c(ClO-)不变,若氯水不饱和再通氯气,酸性增加会抑制次氯酸的电离,故比值增大;加水稀释氯水,溶液中的OH-浓度增大;加水稀释氯水,酸性减弱,对水的电离抑制作用减弱,故水的电离平衡向正反应方向移动;向氯水中加入少量固体NaOH,当溶液呈中性时,依据电荷守恒可推导出:c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)。
(2)由于次氯酸的酸性介于碳酸的两级电离常数之间,因此84消毒液露置在空气中与二氧化碳反应只能生成碳酸氢钠。
(3)当HA为强酸时二者浓度相等,为弱酸时由于生成的盐因水解显碱性,则酸要稍过量。离子浓度大小比较时可依据电荷守衡进行推导。
(4)沉淀转化的实质是由难溶的物质转化为更难溶的物质。
答案:(1)aef
(2)ClO-+CO2+H2O===HClO+HCO 2HClO2H++2Cl-+O2↑
(3)≤ c(Na+)=c(A-)>c(OH-)=c(H+) ≥
(4)c5(Ca2+)c3(PO)c(OH-)
Ca5(PO4)3OH+F-===Ca5(PO4)3F+OH-
11.解析:(1)生成4.6 g乙醇,即0.1 mol,消耗二氧化碳0.2 mol,用二氧化碳表示的反应速率为=0.02 mol/(L·min)。(2)平衡常数表达式为K=。(3)达到化学平衡状态时,各种反应物或生成物的浓度不再变化;体系的压强不再变化。(4)升温,K增大,表明化学平衡向正反应方向移动,即正反应为吸热反应,则ΔH>0。(5)提高乙醇的产率可增大CO2浓度或准时将生成的水蒸气吸取除掉或适当加压。
答案:(1)0.02 mol/(L·min)
(2)
(3)①各物质的浓度不再变化 ②反应体系的压强不再变化
(4)> (5)①增大CO2浓度或准时除去水蒸气 ②适当加压
12.选C 由图像可知,反应开头至a点时v(B)=1 mol·L-1·min-1,则v(A)=1/3 mol·L-1·min-1,A项错误;曲线Ⅰ相对于实线先达到平衡,但B的转化率减小,则该反应ΔH<0,B项错误;曲线Ⅱ相对于实线先达到平衡,B的转化率增大。若增大压强,平衡右移,B的转化率增大,C项正确;依据b点的数据计算可知:T ℃时,该反应的化学平衡常数为0.5,D项错误。
13.解析:(A)可先算出800 ℃时K2=1.00,再算两个温度下K3,可知温度上升K3减小,故反应③放热;(B)两边气体计量数相等,则V不变,假设第一次1 L,该温度下K=1.00,则平衡时各物质的物质的量浓度为0.5 mol·L-1,再加入反应物各1 mol,容积变为2 L,反应物浓度瞬间变为0.75 mol·L-1,生成物浓度各变为0.25 mol·L-1,新平衡与原平衡一样,各物质的物质的量浓度为0.5 mol·L-1,则易画出图像来。
答案:(1)K1=c(H2)/c(H2O) K1/K2
(2)(A)放热 (B)如图
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