专题――高中化学中的“四大平衡”

1122广义的化学平衡包括狭义的化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡。这四个方面的平衡被称为四大化学平衡。四大平衡是中学化学知识结构的核心内容之一，起到了支点的作用。化学平衡电离平衡水解平衡沉淀溶解平衡四大平衡考纲展示与高考导视考纲展示与高考导视考纲展示与高考导视考纲展示与高考导视332011考纲展示2012高考导视1.了解化学反应的可逆性。2.了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。4.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。化学平衡是高频考点，尤其是平衡常数、转化率等的计算，平衡移动原理的应用。考查形式方面，平衡常数常常是以新的化工生产、科研领域最新报道等为载体，直接考查；也常常考查利用速率、平衡理论进行物质的提纯和分离；还会结合速率——时间、浓度——时间等曲线来考查化学反应速率、化学平衡等理论。返回44返回2011考纲展示2012高考导视1.了解电解质、强电解质及弱电解质的概念。2.了解电解质在水溶液中的电离，以及电解质溶液的导电性。3.了解弱电解质在水溶液中的电离平衡。4.了解水的电离、离子积常数。5.了解溶液pH的定义，掌握测定溶液pH的方法，能进行pH的简单计算。1.掌握强电解质、弱电解质等基本概念。2.溶液的导电性、弱酸的酸性相对强弱比较、电离常数的计算、水的电离平衡、pH的计算、中和滴定等是重要的考点。3.离子浓度大小比较、离子守恒关系是高频考点。55返回2011考纲展示2012高考导视了解盐类水解的原理、影响盐类水解程度的主要因素以及盐类水解的应用。1.盐类水解在生产、生活、科研等领域的应用是常见的考点。2.离子浓度大小比较、离子守恒关系式是高频考点。662011考纲展示2012高考导视了解难溶电解质的沉淀溶解平衡及沉淀转化的本质。1.将溶解平衡理论应用于化工生产是近年高考的热点。尤其是利用不同物质沉淀的pH的不同范围，进行分步沉淀是高频考点。2.溶度积曲线也是近年高频考点。77一、四大平衡的共同点1.所有的平衡都建立在可逆“反应”的基础上平衡类别化学平衡电离平衡水解平衡溶解平衡研究对象可逆反应弱电解质盐中的“弱”离子溶质与其饱和溶液的共存体系平衡特点逆、等、定、动、变882.都能用勒夏特列原理解释平衡的移动只减弱，一般不消除，不逆转。勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的一个条件(如温度、浓度、压强等)，平衡就向减弱这个改变的方向移动．(1)浓度的改变．增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动．一般“增谁谁多，减谁谁少”99(2)温度的改变．升高温度，平衡向吸热的方向移动，如合成氨反应的平衡向逆反应方向移动；降低温度，平衡向放热的方向移动，如合成氨反应的平衡向正反应方向移动．(3)压强的改变．增大压强，平衡向气态物质体积减小的方向进行，如合成氨反应的平衡向正反应方向移动；减小压强，平衡向气态物质体积增大的方向移动，如合成氨反应的平衡向逆反应方向移动．一般加压以后平衡不管朝哪边移动，所有气体浓度均增大，反之减小。（改变压强实际为同等程度增大或减小所有气体浓度，故也为“增谁谁多，减谁谁少”体现）。同样可以应用勒夏特列原理解释电离平衡、盐类的水解平衡、沉淀溶解平衡中条件的改变对平衡移动方向的影响．10103.都存在平衡常数K平衡类别化学平衡电离平衡水解平衡溶解平衡平衡常数KKa（Kw）KhKspK仅受温度影响；可以用Qc和K判断平衡移动的方向。K越大，反应的正向进行程度越大；11114.都满足电荷守恒和元素守恒如：CH3COONa溶液中存在电荷守恒：c(Na+)+c(H+)＝c(CH3COO-)＋c(OH-)元素（物料）守恒：c(Na+)＝c(CH3COO-)＋c(CH3COOH)1212二、四大平衡不同点的比较1．研究对象不同平衡类型化学平衡电离平衡水解平衡沉淀溶解平衡研究对象可逆的化学反应溶液中的弱电解质能够水解的盐类，包括强碱弱酸盐、强酸弱碱盐及弱酸弱碱盐溶液中的难溶电解质举例工业合成氨醋酸溶液、氨水等碳酸钠、氯化铁、醋酸铵等溶液中的氯化银、硫酸钡、氢氧化铁等13132．产生原因及影响因素不同中学化学中的四种平衡产生的原因不同，影响它们的因素也不完全相同．(1)化学平衡可逆反应中，正反应和逆反应同时进行，只是在达到平衡前，正反应速率大于逆反应速率，当这个可逆反应进行到正反应速率与逆反应速率相等时，反应物与生成物浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是化学反应所能达到的限度(同条件下，反应物的转化率最大)．影响这种平衡的因素有温度、压强、反应物及生成物的浓度等．1414(2)电离平衡弱电解质在溶液中不能完全电离，电离的同时，溶液中的离子又可以结合为弱电解质的分子．影响弱电解质电离的因素主要是浓度及温度．(3)水解平衡盐类水解的根本原因是：某些盐类溶解于水后，其电离出的阴、阳离子与水电离出的H＋、OH－结合，对水的电离平衡造成了影响，即促进了水的电离平衡，使水的电离平衡向正反应方向移动，导致溶液中的氢离子浓度、氢氧根离子浓度发生变化．盐类水解的规律如下：1515盐的类别水溶液的酸碱性举例溶液中的弱电解质c(H＋)与c(OH－)比较强酸弱碱盐酸性NH4ClNH3·H2Oc(H＋)c(OH－)强碱弱酸盐碱性CH3COONaCH3COOHc(H＋)c(OH－)强酸强碱盐中性NaCl无c(H＋)＝c(OH－)影响盐类水解的主要因素是温度和浓度。温度越高，越利于水解，所以温度高的碳酸钠溶液比温度低的碳酸钠溶液碱性强；盐的浓度越小，水解程度越大，加水稀释有利于盐类水解反应的进行．1616(4)沉淀溶解平衡难溶电解质在水溶液中并不是完全不溶，其溶解产生的离子脱离难溶物进入溶液，溶液中的离子又会结合成难溶电解质．影响沉淀溶解平衡的因素主要是浓度（同离子效应）、温度和能与难溶电解质相应离子反应的其他离子．盐类的水解规律可概括为“不弱不水解，有弱才水解，都弱都水解，越弱越水解，谁强显谁性”。其中“越弱越水解”可以从三角度理解：①由于多元弱酸逐级电离平衡常数越来越弱，故其正盐酸根水解较其酸式盐中酸式酸根强，或其酸根多级水解逐级减弱，如：PO43-＞HPO42-＞H2PO4-②同类型离子水解，比较电离出该离子的分子或离子电离程度强弱（酸性或碱性强弱），如：CO32-＞C6H5O-＞HCO3-③不同类型的离子水解，比较其对应电离出该离子的分子或离子电离程度强弱，如：醋酸和氨水电离常数几乎相等，故醋酸铵显中性，而碳酸铵则显碱性（碳酸氢根酸性比醋酸弱）。17173．描述方法不同(1)化学平衡常数对于一般可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一温度下达到平衡时，K＝cpC·cqDcmA·cnB.(2)平衡转化率对于一般的化学反应：aA＋bcC＋dD，达到平衡时反应物A的转化率为：α(A)＝A的初始浓度－A的平衡浓度A的初始浓度×100%＝c0A－cAc0A×100%.只与温度有关1818注意：同一个反应中，反应物可以是多种，但不同反应物的转化率可能不同；增大一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，自身转化率一般减小．工业生产中常常提高廉价原料的比例，从而增大其他原料的利用率．恒温下在一恒容容器中充入NO2，反应至平衡后再向其中充入NO2达新平衡，则该过程中NO2转化率变化是？1919(3)电离平衡常数①对于一元弱酸HA：HAH＋＋A－，平衡常数K＝cH＋·cA－cHA.②对于一元弱酸BOH：BOHB＋＋OH－，平衡常数K＝cOH－·cB－cBOH.只与温度有关只与温度有关例题（1）2020(6)(5)水解平衡常数Kh对于一元弱酸根或弱碱阳离子，其水解Kh=Kw/Ka或Kh=Kw/Kb，对于多元弱酸根如CO32-，其第一步水解Kh1=Kw/Ka2；第二步水解即HCO3-水解Kh2=Kw/Ka1。其中Ka1、Ka2分别为碳酸的第一、二步电离平衡常数。本质上讲同条件同浓度下不同离子水解程度大小(或pH大小)取决于Kh，酸式盐显什么性取决于其Kh和Ka。(7)溶解度S一定条件下每100g溶剂所能溶解溶质的最大质量，单位g。难溶电解质在纯水中的溶解度和溶度积可以互相换算。也可以根据溶度积计算难溶电解质在特定溶液中的溶解度。只与温度有关只与温度有关例题（2、3、4）附：常见弱电解质电离常数2121(1)平衡的本质：v正=v逆。1.平衡的建立和平衡判据三、考查重点①单位时间内某化学键断裂的条数与单位时间内生成该化学键(或另外的化学键)的条数关系；②单位时间内消耗某物质的物质的量与生成该物质(或其他物质)的物质的量关系；③给出在同一反应的同一时间内用不同物质表示的反应速率等等。这类判断可总结为一句话“双向同时，符合比例”。(2)利用化学平衡状态的特点来判断处于平衡状态的化学反应，其特点表现为“三定”，即：反应物的转化率一定、反应混合体系中各物质的百分含量一定、反应混合体系中各物质的浓度一定。上述中的任一种都能说明反应已达平衡状态。即“特征量一定，达到平衡”。(3)利用“变量恒定，达到平衡”与“不变量”来判断选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达平衡。常见的可能变量有：气体的颜色；容器压强（恒容）；容器体积（恒压）；密度；相对分子质量等。把握条件（恒容或恒压），认清变量，反应过程中变量不变，说明反应达到平衡。例题（5）22222.溶液中离子浓度的比较例：向0.1mol/LNaOH溶液中逐滴滴加0.1mol/LCH3COOH溶液，比较各种离子浓度的大小。抓住主要过程，有反应先考虑反应，再考虑电离、水解（一般水解和弱电解质电离是微弱的,且以第一步水解或电离为主，弱酸酸式盐要把握其电离为主还是水解为主），充分利用守恒。注意区分几个概念：中和中性溶液浓度离子浓度电离平衡水解平衡离子浓度三守恒试剂原始浓度反应起始浓度23233.用平衡移动理论解释相关现象。列平衡，说移动，得结论。“看到”粒子“找到”平衡“想到”移动解释（1）接触法制硫酸中通入过量的空气（2）合成氨工业高压（20MPa-50MPa）（3）金属钠从熔化的氯化钾中置换金属钾Na+KClNaCl+K↑（4）草木灰和铵态氮肥不能混合使用（5）配置三氯化铁溶液应在浓盐酸中进行（6）用热的纯碱水洗油污或对金属进行表面处理（7）碳酸型饮料打开瓶盖倒入玻璃杯时会泛起大量泡沫24244.勒夏特列原理的综合应用反应的特点物质的状态反应体积变化吸、放热浓度温度压强催化剂正逆反应速率变化平衡移动物理量变化转化率、产率体积、压强物质的量浓度质量分数、体积分数平均相对分子质量密度等质量、物质的量条件的改变2525（2011安徽）电镀废液中Cr2O72-可通过下列反应转化成铬黄（PbCrO4）：Cr2O72-(aq)+2Pb2+(aq)+H2O(l)2PbCrO4(s)+2H+(aq)ΔH0，该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列示意图正确的是2626三段式求平衡常数5.平衡常数的计算和Qc、K或Ksp的比较已知平衡常数求某物质的浓度QcK（Ksp）向正反应（沉淀溶解）方向移动Qc=K（Ksp）反应达到平衡（溶解平衡）状态QcK（Ksp）向逆反应（生成沉淀）方向移动例题（7）例题（8）例题（9）27276.转化率（电离程度、水解程度）的变化(1)利用勒夏特列原理判断平衡移动方向，判断转化率、电离或水解程度变化(2)等效平衡思想：①对于恒温恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应，极限转化后其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。（全等效平衡）②对于恒温恒容条件下的反应前后气体体积不变的可逆反应极限转化后其物质的量比与对应组分的起始加入量对应成比例，则建立的化学平衡状态是等效的。（等比平衡）③恒温恒压条件下的可逆反应(无论