用定量计算的方法分析平衡体系中的几个疑难问题
2021-09-15费鹏
费鹏
新课程改革以培养学生的化学核心素养为教学目标,其中的“变化观念与平衡思想”深刻揭示了化学理论的核心。平时教学一般从定性角度分析平衡移动方向,不过科学研究是分析数据推导结论的,因此,教会学生通过定量计算来分析平衡,特别是多元平衡体系问题,有特别的意义。
一、平衡常数数值的意义及其具体应用
平衡常数大小可以判断可逆反应进行的程度,平衡常数越大,反应程度越大。一般情况下,K>1.0×105,则该反应完全发生了;若K<1.0×10-5,则此反应几乎不发生,在两者之间,通常为可逆反应。有些平衡问题,可代入具体数据,把反应的平衡常数计算出来,再来进行分析。
1. 难溶碱是否溶于铵盐溶液。
课本上有个经典实验,即Mg(OH)2沉淀可以溶于NH4Cl溶液,原因是:Mg(OH)2(s)?葑Mg2+(aq)+2OH-(aq),加入NH4Cl溶液,N和OH-生成NH3·H2O使平衡向右移动,从而使Mg(OH)2沉淀完全溶解。但是,怎么证明这个过程可以完全发生呢?
(1)Mg(OH)2是否溶于NH4Cl溶液。
假设反应发生,则离子方程式如下,(以知:Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5, Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11)
Mg(OH)2(s)+ 2NH4+ ?葑 Mg2+(aq)+2NH3·H2O(aq)
K==
==3.7×10-2>1.0×10-5
上述反应的平衡常数K=3.7×10-2>1.0×10-5,说明当N浓度超过一定值,该反应是可以发生的。
(2)Fe(OH)3是否溶于NH4Cl溶液。
那么,是不是类似于Mg(OH)2的难溶碱都可以溶于NH4Cl溶液呢?比如Fe(OH)3?同样,假设反应可以发生,写出离子方程式,带入数据计算出反应平衡常数。
Fe(OH)3(s)+3N ?葑 Fe3+(aq)+3NH3·H2O(aq)(已知:Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)
K====6.86×10-24<<1.0×10-5
上述反应的平衡常数K=6.86×10-24<<1.0×10-5,说明此反应不可能发生,因此,即便N 浓度再大,Fe(OH)3也基本不会溶解。
2. 弱酸能否制强酸?
H2S通入FeCl2溶液,不能发生反应,一般的解释是说弱酸H2S不能制强酸HCl。但把H2S通入CuCl2溶液,却有黑色沉淀生成,说明H2S制备了HCl。那么,弱酸到底能不能制强酸呢?我们还是通过计算来看一下这两个反应的平衡常数吧。
已知:H2S的Ka1=1.3×10-7,Ka2=7.1×10-15,FeS的Ksp=6.3×10-18,CuS的Ksp=6.3×10-36
(1)H2S是否跟FeCl2溶液反应。
Fe2++H2S FeS(s)+2H+
K=
=××
==1.47×10-4
该反应的平衡常数K=1.47×10-4,已经很接近10-5了,说明该反应很难发生,又考虑到H2S微溶于水,反应物浓度很低,所以H2S通入FeCl2溶液几乎没有沉淀。……p>
