2021年高考化学一轮复习讲义 第8章 专项提能特训19　化工流程中的Ksp

专项提能特训19　化工流程中的Ksp

1．Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：

若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？

________________________________________________________________________

_____________________________________________________________(列式计算)。

[已知：FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24]

答案　否。Fe3＋恰好沉淀完全时， c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3(Mg2＋)·

c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40<Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀

2．锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池。一种以软锰矿浆(主要成分为MnO2，含少量 Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备锰酸锂的流程如下图所示。

已知：室温下，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，pH＝7.1时Mn(OH)2开始沉淀。氧化除杂时(室温)除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋(使其浓度小于1× 10－6mol·L－1)，需调节溶液pH范围为________。

答案　5.0<pH<7.1

解析　除杂时显然只能除去Fe3＋和Al3＋，不能损失Mn2＋，由题意可知，室温下，pH＝7.1时Mn(OH)2开始沉淀，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋，氢氧化铝完全变成沉淀时的Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33＝c(Al3＋)·c3(OH－)，c(Al3＋)＝1×10－6mol·L－1，解得：c(OH－)＝1×10－9 mol·L－1，则溶液c(H＋)＝1×10－5 mol·L－1 ，则pH＝5.0；同理Fe(OH)3完全变成沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(Fe3＋)＝1×10－6mol·L－1，解得：c(OH－)＝1×10－11 mol·L－1，c(H＋) ＝1×10－3 mol·L－1，则pH约为3.0，故pH范围是：5.0<pH<7.1。

3．为回收利用废镍催化剂(主要成分为NiO，另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)，科研人员研制了一种回收镍的新工艺。工艺流程如图所示：

已知：①常温下，有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示：

②常温下，Ksp(CaF2)＝2.7×10－11。

请回答下列问题：

(1)“操作B”的过程是，先在40～50 ℃加入H2O2，其作用是________________________

(用离子方程式表示)；再调pH至3.7～7.7，操作B可除去溶液中的_______(填元素名称)元素。

(2)操作C可除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－，浓度为3.0×10－3mol·L－1，则溶液中＝________________。

答案　(1)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O　铁　(2)1.0×10－3

解析　(1)“操作B”的过程是，先在40～50 ℃加入H2O2，其作用是使溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为：2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O；根据表格分析，调pH至3.7～7.7, 沉淀有Fe(OH)3和Fe(OH)2，操作B可除去溶液中的铁元素。

(2)根据常温时CaF2的溶度积常数为2.7×10－11可知，溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1，则Ca2＋的浓度为＝3×10－6 mol·L－1，所以溶液中＝＝1.0×10－3。

4．七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：

煅粉主要含MgO和________，用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若滤液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，则溶液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp＝5×10－12]；该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是_______________________________。

答案　CaO　11　易生成硫酸钙微溶物，在过滤时被除去，导致碳酸钙产率降低

解析　白云石高温煅烧，CaCO3和MgCO3受热分解生成CaO和MgO，煅粉主要含有CaO和MgO。若滤液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，根据Ksp＝c(Mg2＋)·c2(OH－)得：c(OH－)＞＝ mol·L－1＝1×10－3 mol·L－1，c(H＋)＜＝1×10－11mol·L－1，即pH＞11。若用(NH4)2SO4代替NH4NO3，则(NH4)2SO4会与CaO反应生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，造成生成的CaCO3减少。

5．(2019·山东济宁一模)三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O，其相对分子质量为990)简称“三盐”，不溶于水及有机溶剂。主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品，也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示。

已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13

请回答下列问题：

(1)写出步骤①“转化”的离子方程式：_______________________________________。

(2)根据下图溶解度曲线，由滤液1得到Na2SO4固体的操作为：将“滤液1”________、________、用乙醇洗涤后干燥。

(3)步骤③“酸溶”，为提高酸溶速率，可采取的措施是______________(任意写出一条)。

(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则此时c(SO)＝________mol·L－1。

(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为_______________________________________

________________________________________________________________________。

(6)若消耗100.0 t铅泥，最终得到纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________。

答案　(1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)

(2)升温结晶　趁热过滤

(3)适当升温(适当增加硝酸浓度、减小滤渣颗粒大小等合理答案均可)

(4)HNO3　1×10－3

(5)4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O

(6)55.20%

解析　(1)由于Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8>Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13，所以步骤①加入碳酸钠溶液，把硫酸铅转化为碳酸铅，反应的离子方程式为PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)。

(2)滤液1的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3，将“滤液1”升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后干燥得到Na2SO4固体。

(4)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加硫酸转化成PbSO4和硝酸，HNO3可循环利用；根据Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，若滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则溶液中的c(SO)＝＝ mol·L－1＝1×10－3mol·L－1。

(6)设铅泥中铅元素的质量分数为x，根据铅元素守恒可得：

＝×4，解得x＝0.552 0，所以铅泥中铅元素的质量分数为55.20%。