2022高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專題15 化工流程中溶度積常數(shù)應(yīng)用講解

2022高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專題15 化工流程中溶度積常數(shù)應(yīng)用講解溶度積常數(shù)反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力，高考試題中溶度積常數(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(diǎn)，化工流程中常常需要控制條件進(jìn)行離子的分離或除雜，通過溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中金屬離子的濃度、離子完全沉淀時(shí)的pH、判斷廢水排放是否符合標(biāo)準(zhǔn)、沉淀完全轉(zhuǎn)化時(shí)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，需要控制一定的pH，通過溶度積常數(shù)可判斷溶液中沉淀的離子。典例1（2018屆福建省漳州市高三考前模擬考試試卷二）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：回答下列問題：（1）洗滌“油相”可除去大量的鈦離子。洗滌水是用93%的硫酸、27.5%的雙氧水和水按一定比例混合而成?；旌系膶?shí)驗(yàn)操作是_。（2）先加入氨水調(diào)節(jié)pH3，過濾，濾渣主要成分是_；再向?yàn)V液加入氨水調(diào)節(jié)pH6，濾液中Sc3+的濃度為_。（已知：KspMn(OH)21.9×1013、KspFe(OH)32.6×1039，KspSc(OH)39.0×1031）（3）用草酸“沉鈧”。25 時(shí)pH2的草酸溶液中_(保留兩位有效數(shù)字)。寫出“沉鈧”得到草酸鈧的離子方程式_。已知Ka1(H2C2O4)5.9×102，Ka2(H2C2O4)6.4×105（4）草酸鈧“灼燒”氧化的化學(xué)方程式為_。（5）廢酸中含鈧量為15 mg·L1，V L廢酸最多可提取Sc2O3的質(zhì)量為_。【答案】 將濃硫酸沿?zé)瓋?nèi)壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不斷攪拌，冷卻后再慢慢注入 H2O2中，并不斷攪拌 Fe(OH)3 9.0×107mol·Ll 3.8×102 2Sc3+ 3H2C2O4=Sc2(C2O4)3 6H+ 2Sc2(C2O4)33O22Sc2O312CO2 0.023V g求出余下三種離子沉淀完全（離子濃度小于105mol/L）的pH，發(fā)現(xiàn)錳離子沉淀完全時(shí)pH約為10，鈧離子沉淀完全時(shí)pH約為5，而鐵離子沉淀完全時(shí)pH約為4，所以先加入氨水調(diào)節(jié)pH=3，過濾，濾渣主要成分是Fe(OH)3；再向?yàn)V液加入氨水調(diào)節(jié)pH=6，此時(shí)溶液中c(OH-)=10-8mol/L，濾液中Sc3+的濃度為；(3) 25 時(shí)pH2的草酸溶液中=， “沉鈧”得到草酸鈧的離子方程式為2Sc3+ 3H2C2O4=Sc2(C2O4)3 6H+；（4）草酸鈧“灼燒”氧化的化學(xué)方程式為2Sc2(C2O4)33O22Sc2O312CO2；（5）廢酸中含鈧量為15 mg·L1，則V L廢酸中含鈧的質(zhì)量為15，所以最多可提取Sc2O3的質(zhì)量為。二沉淀完全轉(zhuǎn)化時(shí)所需離子濃度化工流程中原料的溶解或沉淀的轉(zhuǎn)化往往要加入某種試劑，通過溶度積常數(shù)可計(jì)算出所加試劑的濃度。典例2（2019屆江西省上高縣第二中學(xué)高三上學(xué)期第一次月考）、海水曬鹽后所得的苦鹵中含有較高濃度的MgCl2、KCl以及金屬溴化物。以下是苦鹵化學(xué)分離的過程?；卮鹣铝袉栴}： （1）若試劑A是一種有色氣體單質(zhì)，則A是_(填化學(xué)式）；（2）“操作II”是_，“操作III”是_。(填字母）a蒸發(fā)   b蒸餾 c 分液 d重結(jié)晶 （3）試劑B可能是下列物質(zhì)中的_。(填字母）a飽和NaCl溶液     bCCl4  cNaOH  d乙醇 、一種工業(yè)制備SrCl2·6H2O的生產(chǎn)流程如下圖所示：已知：M(SrCl2·6H2O)267 g/mol；Ksp(SrSO4)3.3×107、Ksp(BaSO4)1.1×1010；經(jīng)鹽酸浸取后，溶液中有Sr2和Cl及少量Ba2。(1)加入硫酸溶液的目的是_；為了提高原料的利用率，濾液中Sr2的濃度應(yīng)不高于_ mol/L(注：此時(shí)濾液中Ba2濃度為1×105 mol/L)。(2)產(chǎn)品純度檢測：稱取1.000 g產(chǎn)品溶解于適量水中，向其中加入含AgNO3 1.100×102 mol的AgNO3溶液(溶液中除Cl外，不含其他與Ag+反應(yīng)的離子)，待Cl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AgNO3，使剩余的Ag以AgSCN白色沉淀的形式析出。滴定反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)的現(xiàn)象是_。若滴定過程用去上述濃度的NH4SCN溶液20.00 mL，則產(chǎn)品中SrCl2·6H2O的質(zhì)量百分含量為_(保留4位有效數(shù)字)?！敬鸢浮緾l2bdb除去Ba2雜質(zhì)0.03加入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)液，溶液由無色變?yōu)榧t色，且30 s不褪色93.45%【解析】、海水曬鹽后所得的苦鹵中含有較高濃度的MgCl2、KCl以及金屬溴化物，加入試劑A為氧化劑，發(fā)生反應(yīng)生成溴單質(zhì)，加入萃取劑四氯化碳萃取分液得到含溴單質(zhì)的混合溶液B和混合溶液C，混合溶液B通過蒸餾得到液溴和試劑B為四氯化碳，混合溶液C通過結(jié)晶法分離氯化鎂和氯化鉀。（1）若試劑A是一種有色氣體單質(zhì)，則A是Cl2 ，氯氣氧化溴離子生成溴單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為：2Br-+Cl2=Br2+2Cl-；（2）操作II”是從萃取劑中分離出溴單質(zhì)，利用物質(zhì)沸點(diǎn)不同，控制溫度通過蒸餾方法分離得到溴單質(zhì)，操作III是濃縮結(jié)晶的方法分離混合物，可以利用重結(jié)晶方法分離氯化鎂和氯化鈉；（3）試劑B是萃取劑，萃取劑與水不互溶，且溴不易溶于水，易溶于萃取劑，且不發(fā)生反應(yīng)，acd水溶液中不能分層不能做萃取劑，四氯化碳不溶于水，溴單質(zhì)再四氯化碳中溶解度大于水中可以做萃取劑；、（1）經(jīng)鹽酸浸取后的溶液中含有少量Ba2+雜質(zhì)，加入硫酸的目的是除去溶液中Ba2+雜質(zhì)，由于在Ba2+濃度為1×10-5 mol/L，BaSO4的溶度積常數(shù)為1.1×10-10，所以c（SO42-）=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+）=mol/L=0.03mol/L；（2）Ag+ 完全以AgSCN白色沉淀的形式析出后，再滴加KSCN溶液，就會(huì)與Fe3+產(chǎn)生絡(luò)合物是溶液變?yōu)榧t色，因此滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)溶液由無色變?yōu)檠t色，且30 s不褪色；n（NH4SCN）=0.2000mol/L×0.02L=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+）=4.0×10-3mol，則與Cl-反應(yīng)的Ag+的物質(zhì)的量為：n（Ag+）=1.100×10-2 mol-4.0×10-3mol=7.0×10-3mol，1.000g產(chǎn)品中SrCl26H2O的物質(zhì)的量為：n（SrCl26H2O）=×n（Ag+）=3.5×10-3mol，1.000g產(chǎn)品中SrCl26H2O的質(zhì)量為：m（SrCl26H2O）=3.5×10-3mol×267 g/mol=0.9345g，所以產(chǎn)品純度為：×100%=93.45%。典例3（2019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。由該廢料制備氫氧化鎳，工藝流程如下：回答下列問題:(1)“酸溶”時(shí)，溶液中有Fe3+、Fe2+、Ni2+等生成，廢渣的主要成分是_；金屬鎳溶解的離子方程式為_。(2)“除鐵”時(shí)H2O2的作用是_，加入碳酸鈉的目的是_。(3)“除銅”時(shí)，反應(yīng)的離子方程式為_，若用Na2S代替H2S除銅，優(yōu)點(diǎn)是_。(4)已知除鈣鎂過程在陶瓷容器中進(jìn)行，NaF的實(shí)際用量不能過多的理由為_。(5)已知常溫下KspNi(OH)2=2. 0×10-15 ，該流程在“沉鎳”過程中，需調(diào)節(jié)溶液pH約為_時(shí)，Ni2+才剛好沉淀完全(離子沉淀完全的依度1.0×10-5mol/L；lg2=0.30)?！敬鸢浮?SiO2 5Ni+12H+2NO3-= 5Ni2+N2+6H2O 將亞鐵離子氧化為鐵離子 調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3+完全沉淀為黃鈉鐵礬渣 H2S+Cu2+=CuS+2H+  無易揮發(fā)的有毒氣體H2S 逸出，可保護(hù)環(huán)境 過量的F-生成氫氟酸會(huì)腐蝕陶瓷容器 9.15KspNi(OH)2=c(Ni2+)c2(OH-)=1.0×10-5mol/L×c2(OH-)= 2.0×10-15，則c(OH-)= ×10-5，c(H+)=，該流程在“沉鎳”過程中，需調(diào)節(jié)溶液pH約為9.15時(shí)，Ni2+才剛好沉淀完全。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，通過溶度積常數(shù)可以判斷沉淀之間的轉(zhuǎn)化可能性。典例4（2018屆河南省安陽市高三第三次模擬考試）一種從含鋁鋰鈷廢料鋁箔、CoO和Co2O3(只溶于酸，不溶于堿)及LiCoO2中回收氧化鈷的工藝流程如下:回答下列問題:(1)步驟I“堿溶”時(shí)，為提高鋁的去除率，除升高溫度和不斷攪拌外,還可采取的措施是_(列舉1點(diǎn))，“堿溶”時(shí)發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_；步驟II“過濾、洗滌”過程中濾渣還會(huì)有少量的Al(OH)3，是因?yàn)開(填離子方程式)。(2)步驟III“酸溶”時(shí),Co2O3 轉(zhuǎn)化為CoSO4 的離子方程式為_。(3)步驟V“除鋁和鋰”時(shí),調(diào)節(jié)pH的適用范圍是_(已知該條件下,Al3+開始沉淀時(shí)的pH為4.1,沉淀完全時(shí)的pH為4.7.Co2+開始沉淀時(shí)的pH為6.9。沉淀完全時(shí)的pH為9.4)；步驟VI所得濾渣的成分為_。(4)煅燒CoC2O4時(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則CoC2O4分解的化學(xué)方程式是_；若僅從沉淀轉(zhuǎn)化角度考慮，能否利用反應(yīng)CoCO3+ C2O42-= CoC2O4 + CO32- 將CoCO3 轉(zhuǎn)化為CoC2O4?_ (填“能”或“不能”),說明理由:_已知Ksp(CoCO3) =1.4×10-13,Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8【答案】 增大NaOH溶液的濃度(增大液固比)、適當(dāng)延長浸取時(shí)間(答出一點(diǎn)即可) 2Al+ 2NaOH +2H2O=2NaAlO2+3H2 AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH- 4Co2O3 +S2O32- +14H+=8Co2+ +2SO42- +7H2O 4.76.9或4.7pH<6.9 Al(OH)3和LiF CoC2O4CoO+CO+CO2 不能 該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=2.22×10-6，轉(zhuǎn)化程度極小AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH- ；（2）步驟III“酸溶”時(shí),Co2O3 轉(zhuǎn)化為CoSO4 ，三價(jià)鈷轉(zhuǎn)化為二價(jià)鈷，加入的Na2S2O3起還原劑作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為4Co2O3 +S2O32- +14H+=8Co2+ +2SO42- +7H2O；(3)步驟V“除鋁和鋰”時(shí),使Al3+沉淀完全，而Co2+不沉淀，由信息知，Al3+沉淀完全時(shí)的pH為4.7，Co2+開始沉淀時(shí)的pH為6.9，故調(diào)節(jié)pH的適用范圍是 4.76.9或4.7pH<6.9；步驟VI加入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(shí)加入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)生氧化還原反應(yīng)，生成CoO，鈷元素化合價(jià)降低，則碳元素化合價(jià)一定會(huì)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：CoC2O4CoO+CO+CO2；從沉淀轉(zhuǎn)化角度考慮，若實(shí)現(xiàn)CoCO3+ C2O42-= CoC2O4 + CO32-，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=c(CO32-)/c（C2O42-）=Ksp(CoCO3)/Ksp(CoC2O4)=1.4×10-13/6.3×10-8=2.22×10-6，轉(zhuǎn)化程度極小，所以不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。