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1、工藝流程題專題(十三)一一溶度積的計算 姓名： 班級： 、高測試題 1. (2021江蘇)實驗室以工業(yè)廢渣(主要含 CaSO4 2H2O,還含少量 SiO2、AI2O3、Fe2O3)為原料制 取輕質(zhì)CaCO3和(NH4)2SO4晶體,其實驗流程如下： 小||上仁5溶液 7 浦漉 *■小出I ］% L I昴體 c so2 c co2 (1)室溫下,反響 CaSO4(s)+CO： (aq^ CaCO3(s)+ SO2 (aq)到達(dá)平衡,那么溶液中 I Ksp(CaSO4)=4.8 W-5, Ksp(CaCO3)=3 >10-9］. (2)濾渣水洗

2、后,經(jīng)多步處理得到制備輕質(zhì) CaCO3所需的CaCl2溶液.設(shè)計以水洗后的濾渣為原料, 制取CaCl2溶液的實驗方案： ［pH=5時Fe(OH)3和Al(OH) 3沉淀完全；pH=8.5時Al(OH) 3開始 溶解.實驗中必須使用的試劑：鹽酸和 Ca(OH) 2］. 2. Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為 FeTiO3,還含有少量 MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備,工藝流程如下: > (5)假設(shè)濾液②〞中c(Mg2+)=0.02 mol/L,參加雙氧水和磷酸 (設(shè)溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀 完

3、全即溶液中c(Fe3+)=1 >10-5 mol/L,此時是否有 Mg3(PO4)2沉淀生成？ (列式計算).FePO4、 Mg3(PO4)2 的 Ksp分別為 1.3 >0一22、1.0 >0-24. 二、 對策：此類試題關(guān)鍵要正確書寫溶度積常數(shù)表達(dá)式,同時還要注意離子濃度的計算. 三、 難點突破 溶度積常數(shù)反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解水平,高測試題中溶度積常數(shù)的考查常結(jié)合化工流程題, 在化工流程題中考查溶度積常數(shù)是近年高考的熱點,化工流程中常常需要限制條件進(jìn)行離子的別離或除 雜,通過溶度積常數(shù)計算溶液中金屬離子的濃度、離子完全沉淀時的 pH、判斷廢水排放是否符合標(biāo)準(zhǔn)、 沉

4、淀完全轉(zhuǎn)化時所需離子濃度. 一、 判斷溶液中沉淀的離子 化工流程中,某些金屬離子沉淀或某些金屬離子除雜,需要限制一定的 pH,通過溶度積常數(shù)可判斷 溶液中沉淀的離子. 典例1〔 2021屆福建省漳州市高三考前模擬測試試卷二〕 鈧及其化合物具有許多優(yōu)良的性能, 在宇航、 電子、超導(dǎo)等方面有著廣泛的應(yīng)用.從鈦白工業(yè)廢酸 〔含鈧、鈦、鐵、錳等離子〕中提取氧化鈧〔SC2O3〕的一 種流程如下： \ | | | ] 股酸彳煢取「由勺I反條尿f 誠涪*調(diào)pi嚴(yán)電企闿—?號杭|―T灼曉 ?成|抽 〔1 〕先參加氨水調(diào)節(jié) pH = 3,過濾,濾渣主要成分是 ;再向濾液參加氨水調(diào)節(jié) pH =

5、6, 濾液中 Sc3+ 的濃度為 .〔：Ksp[Mn〔OH〕 2] = 1.9 M0一 13、Ksp[Fe〔OH〕 3] = 2.6 X0 一39, Ksp[Sc〔OH〕3] = 9.0 X0「31〕 〔2〕用草酸 沉鈧〞 25 C時pH = 2的草酸溶液中 即応心〕= 〔保存兩位有效數(shù)字〕.寫出 沉 鈧"得到草酸鈧的離子方程式 .[ Ka1〔H2C2O4〕 = 5.9 X0 2 , Ka2〔H2C2O4〕= 6.4 X0「5] 二、 沉淀完全轉(zhuǎn)化時所需離子濃度 化工流程中原料的溶解或沉淀的轉(zhuǎn)化往往要參加某種試劑,通過溶度積常數(shù)可計算出所加試劑的濃 度. 典例2〔 202

6、1屆江西省上高縣第二中學(xué)高三上學(xué)期第一次月考〕 一種工業(yè)制備SrCl2 6H2O的生產(chǎn)流程 如下列圖所示： ：① M〔SrCl26H2O〕 = 267 g/mol;② Ksp〔SrSO4〕 = 3.3 X0「7、Ksp〔BaSO4〕= 1.1 X0「10;③經(jīng)鹽酸浸取 后,溶液中有 Sr2+和Cl_及少量Ba2*. 〔1〕參加硫酸溶液的目的是 ;為了提升原料的利用率,濾液中 Sr2+的濃度應(yīng)不高于 mol/L〔注：此時濾液中 Ba2+濃度為1X10 5 mol/L〕. ⑵產(chǎn)品純度檢測： 稱取1.000 g產(chǎn)品溶解于適量水中, 向其中參加含 AgNO3 1.100 XT2

7、mol的AgNO 3 溶液〔溶液中除C「外,不含其他與Ag+反響的離子〕,待C「完全沉淀后,用含F(xiàn)e3+的溶液作指示劑,用0.200 0 mol/L的NH4SCN標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的 AgNO 3,使剩余的Ag +以AgSCN白色沉淀的形式析出. ①滴定反響到達(dá)終點的現(xiàn)象是 . ②假設(shè)滴定過程用去上述濃度的 NH4SCN溶液20.00 mL,那么產(chǎn)品中 SrCl2 6H2O的質(zhì)量百分含量為 〔保存 4位有效數(shù)字〕. 典例3〔 2021屆安徽省合肥市高三上學(xué)期調(diào)研性檢測〕一種磁性材料的磨削廢料,主要成分是鐵鎳合 金〔含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約21%〕,還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物.由該廢料制備

8、氫氧化鎳,工藝流程如下： HNO, N i t i ② NmjCQi I HtS NdCH i 1 i 除怏 - 1 除■ 1 f 1 1*鈣懂 I ~ ［握f NifOWi 圖悴 I i 黃橢恢帆at 〔4〕 除鈣鎂過程在陶瓷容器中進(jìn)行, NaF的實際用量不能過多的理由為 . 〔5〕 常溫下Ksp［Ni〔OH〕 2］=2. 0訶15,該流程在 沉鎳〞過程中,需調(diào)節(jié)溶液pH約為 時,Ni2+ 才剛好沉淀完全〔離子沉淀完全的依度 < 1.0 X 10no|/L ； Ig2=0.30〕. 三?判斷判斷沉淀轉(zhuǎn)化的可能性 沉淀之間的轉(zhuǎn)化是有條件的,通過溶度

9、積常數(shù)可以判斷沉淀之間的轉(zhuǎn)化可能性. ［鋁箔、CoO和CO2O3〔只溶 典例4 〔2021屆河南省安陽市高三第三次模擬測試〕一種從含鋁鋰鈷廢料 于酸,不溶于堿〕及LiCoO 2］中回收氧化鈷的工藝流程如下 2. 〔安徽省六安市第一中學(xué)、合肥八中、阜陽一中三校 2021屆高三最后一卷〕〔1〕常溫下,配制濃度 為0.1mol/L的FeSO4溶液,研究不同pH對Fe2+氧化的影響,結(jié)果如下列圖所示,〔假設(shè)反響過程中溶液體積 不變〕 在pH = 13的環(huán)境下,Fe2+的氧化變質(zhì)可以理解為：第一步：Fe2++2OH — = Fe〔OH〕2,第二步 〔用化學(xué)方程式答復(fù)〕當(dāng)氧化

10、到達(dá)平衡時, c〔 Fe2+〕/c〔Fe3+〕 4.0 1022〔填 “〉〞或<“=〞〕 Ksp[Fe〔OH〕3] = 2.5 X0—39, Ksp[Fe〔OH〕 2] = 1.0 X0—15 3. 實驗室用含錳廢料〔主要成分 MnO2,含有少量AI2O3、MgO、SiO?〕制備Mn的流程如下: 斗 Fe NaF NH^HCO? 空氣 鋁粉 酸浸 * 調(diào)pH 含錘廢料— 濾鮎濾鮎濾話3 + N-inCOs—? 熾燒 復(fù)原 ：1.難溶物的溶度積常數(shù)如下表所示: 難溶物 Fe OH 3 A| OH3 Mg OH 2 Mn OH

11、 2 溶度積常數(shù)〔〔p〕 4.0 XI0「38 1.0 X0「33 1.8 10_11 1.8 10「13 H.溶液中離子濃度 < 105 mol L 一1時,認(rèn)為該離子沉淀完全. ① 酸浸〞時,MnO2將Fe氧化為Fe3+.該反響的離子方程式為 ;該過程中時間和液固比對錳 浸出率的影響分別如圖 1、圖2所示： r\ 、 / x 「亞二一23 那么適宜的浸出時間和液固比分別為 ②假設(shè)酸浸〞后所得濾液中 c(Mn")= 0.18 mol L?1,那么 調(diào)

12、 pH'的范圍為 工藝流程題專題(十三)一一溶度積的計算 1. (1). 1.6 104 X (2).在攪拌下向足量稀鹽酸中分批參加濾渣,待觀察不到氣泡產(chǎn)生后,過濾,向濾液 中分批參加少量 Ca(OH) 2,用pH試紙測量溶液pH,當(dāng)pH介于5~8.5時,過濾 22 2. Fe3+ 恰好沉淀完全時,c(PO43 一)= 13 mol L-1=1.3 X0-17 mol L-1 , c3(Mg2+) X2(PO43-)= 1.0 10 (0.01)3X1.3 X0-17)2=1.7 X0-40v Ksp [Mg3(PO4)2],因此不會生成 Mg3(PO4)2沉淀. 典例1 (

13、1)廢酸中含鈧、鈦、鐵、錳等離子,洗滌 油相〞已除去大量的鈦離子,根據(jù)Ksp[Mn(OH) 2] = 1.9 10 一13、Ksp[Fe(OH)3] = 2.6為0「39, Ksp[Sc(OH) 3] = 9.0為0「31,可以求出余下三種離子沉淀完全(離子濃度小于 10「5mol/L )的pH,發(fā)現(xiàn)錳離子沉淀完全時 pH約為10,鈧離子沉淀完全時 pH約為5,而鐵離子沉淀完全 此時溶液中 時pH約為4,所以先參加氨水調(diào)節(jié) pH=3,過濾,濾渣主要成分是 Fe(OH)3；再向濾液參加氨水調(diào)節(jié) pH=6 , c(OH-)=10-8mol/L,濾液中Sc'+的濃度為 ⑵25 C時pH

14、= 2的草酸溶液中 氐風(fēng)5〕 x X 詁^ = 64 X10-5 X s<9 X 10-3X石尋 =3用X L0--,沉鈧〞得到草酸鈧 的離子方程式為 2Sc3+ + 3H2C2O4===SC2〔C2O4〕3 J+ 6H + ； 典例2 (1)經(jīng)鹽酸浸取后的溶液中含有少量 Ba2+雜質(zhì),參加硫酸的目的是除去溶液中 Ba2+雜質(zhì),由 于在 Ba2+濃度為1X10-5 mol/L , BaSO4的溶度積常數(shù)為1.1 10-10,所以c 〔 SO42-〕 LXIC^5 mol/L=1.1 10-5mol/L ,而SrSO4的溶度積常數(shù)為 3.3 10-7,所以 c〔 Sr2+〕

15、mol/L=0.03mol/L ； (2)①Ag+完全以AgSCN白色沉淀的形式析出后, 再滴加KSCN溶液,就會與卩63+產(chǎn)生絡(luò)合物是溶 液變?yōu)榧t色,因此滴定到達(dá)終點時溶液由無色變?yōu)檠t色,且 30 s不褪色； ②n (NH4SCN) =0.2000mol/L 0^2L=4.0 10-3mol, Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出,所以溶液中 剩余的Ag+的物質(zhì)的量為：n (Ag +) =4.0 X0-3mol,那么與Cl-反響的Ag +的物質(zhì)的量為：n (Ag +) =1.100 X0-2 mol-4.0 X0-3mol=7.0 X0-3mol , 1.000g 產(chǎn)品中 SrC

16、l2?6H2O 的物質(zhì)的量為： n (SrCl2?6H2O) = Xn (Ag +) =3.5 10-3mol, 1.000g 產(chǎn)品中 SrCl2?6H2O 的質(zhì)量為：m (SrCl2?6H2O) =3.5 10-3mol X267 g/mol=0.9345g,所 以產(chǎn)品純度為: “a兀X100%=93.45%. iff 典例3⑷氟離子水解生成氟化氫,腐蝕陶瓷容器,故NaF的實際用量不能過多；⑸ Ksp[Ni(OH) 2]=c(Ni 2+)c2(OH-)=1.0 W-5mol/L XC2(OH-)= 2.0 XO-15,那么 c(OH-)= X10-5, c(H+)=￡x10T

17、, 該流程在 沉鎳〞過程中,需調(diào)節(jié)溶液 pH約為9.15時,Ni2+才剛好沉淀完全. 典例4 ⑶步驟V除鋁和鋰〞時,使Al 3+沉淀完全,而 Co2+不沉淀,由信息知,Al3+沉淀完全時的pH為4.7, Co2+ 開始沉淀時的pH為6.9,故調(diào)節(jié)pH的適用范圍是 4.^ 6.9或4.7 < pH<6.9步驟VI參加Na2CO3溶液和溶 液中的Al3+發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁沉淀, 同時參加NaF溶液使Li+變?yōu)長iF沉淀,故步驟VI所得濾渣的 成分為：Al(OH) 3和LiF ; (4)從流程知：煅燒 COC2O4發(fā)生氧化復(fù)原反響,生成 CoO,鈷元素化合價降低,那么碳元素化合價一定

18、C0C2O4 CoO+CCt +CO 2 T; 會升高,即一定有 CO2生成,根據(jù)原子守恒可寫出并配平化學(xué)方程式為: 從沉淀轉(zhuǎn)化角度考慮,假設(shè)實現(xiàn) CoCO 3+ C2O42-=== COC2O4 + CO32-, 該反響的平衡常數(shù)為 K=c(CO 32-)/c (C2O42-) =Ksp(CoCO3)/Ksp(CoC2O4)=1.4 W-13/6.3 1O-8=2.22 XO-6, 轉(zhuǎn)化程度極小,所以不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化. 1.AgNO 2開始沉淀所需 Ksp AgNO2 c(Ag+)= c NO2 2 10 8 0.2 =1 x10-7mol/L 由溶度積常數(shù)

19、Ksp(AgCl)

20、知, 酸浸〞時,MnO2在酸性介質(zhì)中將 Fe氧化為Fe3* ,本身被復(fù)原為 Mn2+,該反響的 60min,由圖乙 離子方程式為：3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H 2O,由圖甲可知,適宜的浸出時間為 可知,適宜的液固比為 3： 1,故答案為：3MnO2+2Fe+12H+=3Mn 2++2Fe3++6H20, 60min , 3： 1. (2)由流程圖中信息可知, 調(diào)pH'的目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全,而 Mn2+不沉淀,根據(jù) Ksp[Al(OH) 3]=1.0 X0「33, Ksp[Fe(OH) 3]=4.0 X0「38可知：Al3+ 沉淀完全時 F

21、e3+ 已沉淀完全,Al(OH) 3恰好完 全沉淀時的 —14 1.0 10 14 pH=-lg 31.0 10-33 =---, ：1.0 10— 5 Mn 2+開始沉淀時的 —14 1.0 10 pH為-lg h.8 10—13 =8,那么調(diào)pH〞的范圍為 0.18 亍pH < 8,故答案為: 14 3 pH < 8. 〔1〕 步驟V'除鋁和鋰〞時,調(diào)節(jié)pH的適用范圍是 〔該條件下 人13+開始沉淀時的pH為4.1, 沉淀完全時的pH為4.7.Co2+開始沉淀時的pH為6.9.沉淀完全時的pH為9.4〕;步驟VI所得濾渣的

22、成分 為 . 〔2〕 煅燒COC2O4時發(fā)生氧化復(fù)原反響, 那么COC2O4分解的化學(xué)方程式是 —;假設(shè)僅從沉淀轉(zhuǎn)化角度考 慮,能否利用反響 CoCO3+ C2O41 2-=== CoC 2O4 + CO 32-將CoCO3轉(zhuǎn)化為C0C2O4?—〔填 能〞或 不能〞說 明理由： ［ Ksp〔CoCO 3〕 =1.4 1X-13,Ksp〔CoC204〕=6.3 X0-8］ 四、穩(wěn)固練習(xí) 1. 常溫下,取上述 AgNO3溶液滴加到物質(zhì)的量濃度均為 0.2mol/L NaNO 2和CaCl2的混合溶液中〔忽略溶 液體積變化〕,當(dāng)AgNO2開始沉淀時,溶液中c〔Cl-〕= mol/L ［：常溫下,Ksp〔AgNO 2〕=2 X0-8 , Ksp〔AgCI〕=1.8 1X-10: