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平衡原理应用例析

来源:作者:姚小伟 点击:所属专题: 勒沙特列原理

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1、氯气溶于水,为什么难溶于饱和食盐水? 氯气溶于水,与水反应有如下的化学平衡: Cl 2 + H 2 O HClO + H+ + Cl - 食盐是强电解质,饱和食盐水提供的 Cl - 使上述可逆反应生成物浓度增大,平衡向逆反应方向移动。正因为这样,所以实验室制氯气时不能用排水法集

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1、氯气溶于水,为什么难溶于饱和食盐水?

  氯气溶于水,与水反应有如下的化学平衡:

  Cl2H2O⇔HClOH+Cl

  食盐是强电解质,饱和食盐水提供的Cl使上述可逆反应生成物浓度增大,平衡向逆反应方向移动。正因为这样,所以实验室制氯气时不能用排水法集气,但可用排饱和食盐水法收集氯气。

  2、饱和食盐水通入氯化氢气体,为什么会有白色晶体NaCl析出?

  饱和食盐水是NaCl晶体与水在一定温度下建立的溶解平衡:

  NaCl() ⇔Na+Cl

  计算得知,20℃时饱和食盐水中[Cl]5.4mol·L1,而当通入氯化氢气体时,即对上述平衡提供了更多的Cl,增大了平衡体系中Cl的浓度,溶解平衡自然向析出NaCl晶体的方向移动。

  3、为什么可用浓H2SO4与浓盐酸来制取氯化氢?

  浓盐酸是氯化氢在水中的饱和溶液,即氯化氢与水所形成的溶解平衡体系。若把浓H2SO4滴入浓盐酸中,浓H2SO4便吸收浓盐酸中的水,破坏了氯化氢在水中的溶解平衡,HCl便从浓盐酸中逸出。当然,浓H2SO4溶解时,溶液温度升高也会逸出氯化氢气体。

  4、为什么固体NaOH投入浓氨水中可制取氨气?

  浓氨水是氨气在水中的饱和溶液,氨与水有如下的一系列平衡:

  NH3H2O⇔NH3·H2O⇔NH4+OH

  当在氨水中加入固体NaOH,一则固体NaOH要吸水溶解,这要破坏上述平衡,是促使NH3逸出的一个原因。但更重要的原因是NaOH属强电解质,将电离产生Na+OH,为上述平衡提供大量的OH,增大了生成物浓度,从而使平衡朝着氨气逸出的方向移动。

  5、石灰石(CaCO3)不溶于水,为什么可溶于碳酸?

  CaCO3很难溶于水,但是已溶解的极微量的CaCO3在水中存在如下的溶解平衡:CaCO3() Ca2+CO32

  碳酸是弱电解质,有如下电离平衡:CO2+H2O H2CO3 H++HCO3

  由于H+CO32结合成HCO3,降低了溶液中CO32的浓度,破坏了CaCO3的溶解平衡,致使CaCO3不断地溶解。只是CO2在水中的溶解度不大,H2CO3的浓度很低,所以尽管H2CO3可以溶解CaCO3,但溶解速度较慢。

  6、在NaH2PO4溶液中滴入AgNO3溶液,有黄色Ag3PO4沉淀生成,如若用HNO3先将NaH2PO4溶液酸化,再加AgNO3,为什么没有黄色Ag3PO4沉淀生成?

  我们知道,NaH2PO4溶于水,有如下的电离平衡:

  NaH2PO4Na+H2PO4 ①   H2PO4 H+HPO42 ②

  HPO42 H+PO43 ③

  可见,在NaH2PO4的溶液中,加入AgNO3溶液,发生如下反应:

  3Ag+PO43Ag3PO4↓(黄色)

  当Ag3PO4黄色沉淀生成后,H2PO4再电离出PO43,并继续与Ag+反应,不断生成黄色Ag3PO4。但是,随着沉淀的生成,H2PO4解离出的H+浓度增大,抑制了②③两个平衡向右的继续移动,致使Ag3PO4沉淀得不十分完全。

  如若先加入HNO3NaH2PO4溶液酸化,则由于溶液中[H+]增大,②③两个电离平衡均强烈地向左移动,这时溶液中PO43的浓度极小,加入AgNO3后,不能生成Ag3PO4沉淀。

  7、氢氧化镁能溶于氯化铵溶液,而金属镁也能溶于氯化铵溶液,两者原理是否相同?

  我们从实验中发现,Mg(OH)2能溶于NH4Cl溶液中,也能溶于NH4HCO3CH3COONH4溶液中,而Fe(OH)3Al(OH)3等沉淀难溶于NH4Cl等溶液,说明Mg(OH)2溶于NH4Cl不是由于NH4+水解,而应从下列综合平衡来解释。

  Mg(OH)2 Mg2+2OH

  2NH4Cl2Cl2NH4+

          2(NH3·H2O)

  相当于发生下列反应:

  Mg(OH)22NH4+Mg2+2NH32H2O

  从实验中发现,将镁片投入饱和NH4Cl溶液中,镁片上有气泡产生(氢气),这应从下面的反应来解释:

  NH4+H2O⇔NH3·H2OH+

  Mg2H+Mg2+H2

  8、氢氧化铝为什么既能在强酸中溶解,又能在强碱中溶解?

  氢氧化铝具有两性,其电离方程式可表示如下:

  H2OAlO2H+   ⇔   Al(OH)3  ⇔     Al3+3OH

  (酸式电离)          (碱式电离)

  由于其电离程度相当微弱,绝大多数Al(OH)3在水中并未溶解,当加入强酸时,H+中和了碱式电离中产生的OH,从而破坏了氢氧化铝的电离平衡,使平衡向生成OH方向移动,这样氢氧化铝就在强酸中溶解了。同理,当加入强碱溶液时,OH要中和酸式电离中产生的H+,使平衡向酸式电离方向移动,氢氧化铝在强碱中也得到了溶解。

  9、把AlCl3溶液蒸干灼烧,最后得到的主要产物为什么是Al2O3

  AlCl3是强酸弱碱盐,在溶液中水解而呈酸性,由于水解吸热,升高温度可以促进水解:AlCl33H2O⇔Al(OH)33HCl;又因为盐酸是挥发性酸,随温度升高,盐酸挥发使平衡不断地向水解方向移动,最后生成Al(OH)3,又经灼烧,使不稳定的Al(OH)3分解,2Al(OH)3 Al2O33H2O,所以AlCl3溶液经蒸干灼烧,最后得到的主要产物是Al2O3

  10、常温下,将CO2通入饱和食盐水中不能生成NaHCO3沉淀,而将CO2通入用氨气饱和的食盐水中却能生成NaHCO3沉淀,这是为什么?

  将CO2通入饱和食盐水时,存在如下平衡:CO2H2O  ⇔H2CO3 H+HCO3(①式),此时溶液中的[HCO3]很小,尚不足以形成NaHCO3沉淀。而在氨气饱和的食盐水中,有如下平衡:NH3H2O⇔NH3·H2O⇔NH4+OH(②式),当再通入CO2 会平衡右移产生更多HCO3 从而生成NaHCO3沉淀(溶解度小)

      11、已知工业真空炼铷的反应是:2RbClMgMgCl22Rb(),此方法为什么能实现炼铷?

  在碱金属中铷比钠活泼,当然比镁活泼,从金属活动性上显然不能解释。但转换角度,从化学平衡上分析,铷的沸点比镁低,把铷蒸气抽出时,平衡右移,这样就实现了工业真空炼铷。

  12、铜不能与盐酸反应,但却不能与氢硫酸反应而置换出氢气,这是为什么?

  虽然从金属活动性顺序上看铜不可能置换出酸中氢,但由于任何反应都有一定的可逆性,CuH2SCuS↓+H2↑这一反应也同样存在,再由于CuS电离度H2S小得多,这样平衡就向生成CuS方向移动,因此铜能与氢硫酸反应而置换出氢气。同理,银能与氢碘酸发生反应2Ag2HI2AgI↓+H2.

  13、健康人的血液PH值为什么基本上稳定在7.357.45之间?

  原来人的血液里存在着H2CO3HCO3缓冲系统。在这一缓冲系统中加入少量的酸和碱,其PH值无显著的变化。而纯水无缓冲能力,加入少量的酸或碱都会使溶液PH值改变几个单位。

H2CO3HCO3缓冲系统(混合液)中,存在着H2CO3H+HCO3的电离平衡。加入少量酸,必使平衡逆向移动,生成更多的碳酸,从而分解出更多的CO2H2O。通过肺部排出体外,这就防止了PH值减小。当加入少量碱时,所加入的OHH+相中和,可以使电离平衡正向移动,以增大血液酸度补偿损失。这时,身体的反馈作用就表现为通过肺部减少CO2的排出量,通过肾脏增加HCO3的排出量。正是由于血液里存在着抗酸抗碱的缓冲系统,加之体内外的补偿机制同时协作发挥影响,使血液里的PH值基本稳定在7.357.45之间。

 

(责任编辑:化学自习室)
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