2019高考化學(xué) 難點剖析 專題15 化工流程中溶度積常數(shù)應(yīng)用講解.doc
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專題15 化工流程中溶度積常數(shù)應(yīng)用 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,化工流程中常常需要控制條件進行離子的分離或除雜,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準、沉淀完全轉(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?;旌系膶嶒灢僮魇莀_____________________________。 (2)先加入氨水調(diào)節(jié)pH=3,過濾,濾渣主要成分是__________;再向濾液加入氨水調(diào)節(jié)pH=6,濾液中Sc3+的濃度為_____________。(已知:Ksp[Mn(OH)2]=1.910-13、Ksp[Fe(OH)3]=2.610-39,Ksp[Sc(OH)3]=9.010-31) (3)用草酸“沉鈧”。25 ℃時pH=2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)=5.910-2,Ka2(H2C2O4)=6.410-5] (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 mgL-1,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 9.010-7molL-l 3.810-2 2Sc3++ 3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓+ 6H+ 2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2 0.023V g 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,而鐵離子沉淀完全時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;再向濾液加入氨水調(diào)節(jié)pH=6,此時溶液中c(OH-)=10-8mol/L,濾液中Sc3+的濃度為9.010-31(10-8)3=9.010-7mol/L;(3) 25 ℃時pH=2的草酸溶液中c(C2O42-)c(H2C2O4)=c(C2O42-)?c(H+)c(HC2O4-)c(HC2O4-)?c(H+)c(H2C2O4)1c2(H+)=Ka2H2C2O4Ka1H2C2O41c2H+=6.410-55.910-21(10-2)2=3.810-2, “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)3+3O22Sc2O3+12CO2;(5)廢酸中含鈧量為15 mgL-1,則V L廢酸中含鈧的質(zhì)量為1510-3g/LVL=0.015Vg,所以最多可提取Sc2O3的質(zhì)量為0.015Vg451382=0.023Vg。 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)化往往要加入某種試劑,通過溶度積常數(shù)可計算出所加試劑的濃度。 典例2(2019屆江西省上高縣第二中學(xué)高三上學(xué)期第一次月考)Ⅰ、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。 回答下列問題: (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 b.CCl4 c.NaOH d.乙醇 Ⅱ、一種工業(yè)制備SrCl26H2O的生產(chǎn)流程如下圖所示: 已知:①M(SrCl26H2O)=267 g/mol;②Ksp(SrSO4)=3.310-7、Ksp(BaSO4)=1.110-10;③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:此時濾液中Ba2+濃度為110-5 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 1.10010-2 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標準溶液滴定剩余的AgNO3,使剩余的Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出。 ①滴定反應(yīng)達到終點的現(xiàn)象是_________________________________________。 ②若滴定過程用去上述濃度的NH4SCN溶液20.00 mL,則產(chǎn)品中SrCl26H2O的質(zhì)量百分含量為________________(保留4位有效數(shù)字)。 【答案】Cl2bdb除去Ba2+雜質(zhì)0.03加入最后一滴標準液,溶液由無色變?yōu)榧t色,且30 s不褪色93.45% 【解析】Ⅰ、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; Ⅱ、(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110-5 mol/L,BaSO4的溶度積常數(shù)為1.110-10,所以c(SO42-)=1.110-10110-5mol/L=1.110-5mol/L,而SrSO4的溶度積常數(shù)為3.310-7,所以c(Sr2+)=3.310-71.110-5mol/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Fe3+產(chǎn)生絡(luò)合物是溶液變?yōu)榧t色,因此滴定達到終點時溶液由無色變?yōu)檠t色,且30 s不褪色; ②n(NH4SCN)=0.2000mol/L0.02L=4.010-3mol,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+)=4.010-3mol,則與Cl-反應(yīng)的Ag+的物質(zhì)的量為:n(Ag+)=1.10010-2 mol-4.010-3mol=7.010-3mol,1.000g產(chǎn)品中SrCl2?6H2O的物質(zhì)的量為:n(SrCl2?6H2O)=12n(Ag+)=3.510-3mol,1.000g產(chǎn)品中SrCl2?6H2O的質(zhì)量為:m(SrCl2?6H2O)=3.510-3mol267 g/mol=0.9345g,所以產(chǎn)品純度為:0.9435g1g100%=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)量分數(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,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H2O2的作用是_____________,加入碳酸鈉的目的是____________________。 (3)“除銅”時,反應(yīng)的離子方程式為________________,若用Na2S代替H2S除銅,優(yōu)點是______________。 (4)已知除鈣鎂過程在陶瓷容器中進行,NaF的實際用量不能過多的理由為______________。 (5)已知常溫下Ksp[Ni(OH)2]=2.010-15,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≤1.010-5mol/L;lg2=0.30)。 【答案】 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,可保護環(huán)境 過量的F-生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器 9.15 Ksp[Ni(OH)2]=c(Ni2+)c2(OH-)=1.010-5mol/Lc2(OH-)= 2.010-15,則c(OH-)= 2.010-5,c(H+)=2210-9,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。 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,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),“堿溶”時發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______;步驟II“過濾、洗滌”過程中濾渣還會有少量的Al(OH)3,是因為________(填離子方程式)。 (2)步驟III“酸溶”時,Co2O3 轉(zhuǎn)化為CoSO4 的離子方程式為_________。 (3)步驟V“除鋁和鋰”時,調(diào)節(jié)pH的適用范圍是_______(已知該條件下,Al3+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所得濾渣的成分為__________。 (4)煅燒CoC2O4時發(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) =1.410-13,Ksp(CoC2O4)=6.310-8] 【答案】 增大NaOH溶液的濃度(增大液固比)、適當(dāng)延長浸取時間(答出一點即可) 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH- 4Co2O3+S2O32-+14H+=8Co2++2SO42-+7H2O 4.7~6.9或4.7≤pH<6.9 Al(OH)3和LiF CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑ 不能 該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=2.2210-6,轉(zhuǎn)化程度極小 AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH- ; (2)步驟III“酸溶”時,Co2O3轉(zhuǎn)化為CoSO4,三價鈷轉(zhuǎn)化為二價鈷,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,使Al3+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 4.7~6.9或4.7≤pH<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,鈷元素化合價降低,則碳元素化合價一定會升高,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:CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑;從沉淀轉(zhuǎn)化角度考慮,若實現(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)=1.410-13/6.310-8=2.2210-6,轉(zhuǎn)化程度極小,所以不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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