Question

15．高中化学涉及的平衡理论主要包括：化学平衡、电离平衡、水解平衡和溶解平衡等，它们在工农业生产中都有广泛的应用．请回答下列问题：
Ⅰ、化学平衡
工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO（NH₂）₂]，反应的化学方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）
（1）该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$．
（2）取一定量的NH₃和CO₂放在一个带活塞的密闭真空容器中在一定温度下反应达平衡，若在恒温、恒压下充入气体He，CO（NH₂）₂（l）的质量减小（填“增加”“减小”或“不变”）．
Ⅱ、电离平衡、水解平衡
（1）某温度下，纯水中c（H⁺）=2.0×10^-7 mol•L^-1，该温度下，0.09mol•L^-1 NaOH溶液与0.01mol•L^-1 HCl溶液等体积混合（不考虑溶液体积变化）后，溶液的pH=12．
（2）向100mL 0.10mol•L^-1 CH₃COOH的溶液中加入0.010mol CH₃COONa（s），已知该混合溶液中c（Na⁺）＜c（CH₃COO^-），则CH₃COOH的电离程度＞CH₃COO^-的水解程度（填“＞”“＜”或“=”）．
Ⅲ、溶解平衡
（1）如图为某温度下，PbS（s）、ZnS（s）、FeS（s）分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，溶液c（S^2-）、金属阳离子浓度变化情况．如果向三种沉淀中加盐酸，最先溶解的是FeS（填化学式）．
（2）在20℃时的FeS饱和溶液中，已知K_sp（FeS）=8.1×10^-17，c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，欲使溶液里c（Fe²⁺）=0.81mol/L，现欲控制溶液中的pH=3．

Answer 1

分析 Ⅰ、化学平衡
（1）平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$，注意纯液体和固体不写入；
（2）恒温恒压条件下，充入稀有气体，体积增大，压强减小，反应体系中各组分的浓度减小，平衡向气体体积增大的方向进行；
Ⅱ．电离平衡、水解平衡
（1）纯水电离生成的c（H⁺）=c（OH^-），Kw=c（H⁺）×c（OH^-），先计算出过量的c（OH^-），再结合Kw计算c（H⁺），得出反应后的溶液的pH；
（2）存在CH₃COOH?H⁺+CH₃COO^-电离平衡，氢离子浓度减小则pH增大；该混合溶液中c （Na⁺）＜c （CH₃COO^-），则水解小于电离；
Ⅲ．（1）根据图2判断出PbS（s）、ZnS（s）、FeS（s）的溶度积、溶解度大小，溶解度越大，加入盐酸后先溶解；
（2）根据硫化亚铁的溶度积常数和亚铁离子浓度计算硫离子浓度，再根据氢硫酸的电离平衡常数计算氢离子浓度，最后利用pH计算公式计算溶液的pH．

解答 解：Ⅰ．（1）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l），平衡常数K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$；
（2）达到平衡时，在恒温恒压条件下充入稀有气体，体积增大，压强减小各组分的浓度减小，则化学平衡向气体体积增大方向移动，逆向进行CO（NH₂）₂（l）的质量减小，
故答案为：减小；
Ⅱ．（1）纯水电离生成的c（H⁺）=c（OH^-），Kw=c（H⁺）×c（OH^-）=4×10^-14，过量的c（OH^-）=$\frac{0.09V-0.01V}{2V}$=0.04mol/L，
由该温度下的Kw可知，c（H⁺）=$\frac{4×1{0}^{-14}}{0.04}$mol/L=10^-12mol•L^-1，所以pH=12，
故答案为：12；
（2）存在CH₃COOH?H⁺+CH₃COO^-电离平衡，加入CH₃COONa固体，c （CH₃COO^-）增大，则平衡逆向移动，抑制醋酸电离，溶液氢离子浓度减小则pH增大，
该混合溶液中c （Na⁺）＜c （CH₃COO^-），则醋酸根离子的水解程度小于其电离程度，所以c（CH₃COOH）＜c （CH₃COO^-），
故答案为：＞；
Ⅲ．（1）根据图可知，PbS（s）、ZnS（s）、FeS（s）的溶度积大小关系为：K_sp（PbS）＜K_sp（ZnS）＜K_sp（FeS），则溶解度PbS＜ZnS＜FeS，如果向三种沉淀中加盐酸，最先溶解的是溶解度最大的FeS，
故答案为：FeS；
（2）将适量FeS 投入H₂S 饱和溶液中，c（Fe²⁺）达到0.81mol/L，溶液中c（S^2-）=$\frac{Ksp}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{8.1×1{0}^{-17}}{0.81}$mol/L=1×10^-16mol/L，c²（H⁺）•c（S^2-）=1.0×10^-22，则c（H⁺）=$\sqrt{\frac{1×1{0}^{-22}}{1×1{0}^{-16}}}$mol/L=1×10^-3mol/L，pH=-lg1×10^-3=3，
故答案为：3．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、酸碱混合定性判断及溶液酸碱性与溶液pH的计算、难溶物溶解平衡及沉淀转化等知识，题目难度较大，试题题量较大，考查较为综合，注意明确水的电离、弱电解质的电离、盐类水解、难溶物溶解平衡等知识即可解答，注意混合后溶液中的溶质判断为解答的关键，试题充分培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识解决实际问题的能力．