第一篇　主题十　热点题空18　应用平衡常数分析化工流程中酸碱性调控-2024年高考化学二轮复习课件

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1.根据溶度积计算调pH的范围
对于：M(OH)n(s) Mn＋(aq)＋nOH－(aq)
　在1.0 ml ·L－1 C2＋溶液中，含有少量Fe3＋杂质。问应如何控制pH，才能达到除去Fe3＋杂质的目的？{已知：Ksp[C(OH)2]＝1.0×10－15，Ksp[Fe(OH)3]＝8.0×10－38}
答案　当Fe3＋浓度小于1.0×10－5 ml·L－1时可认为Fe3＋已除尽，Q＝c(Fe3＋)·c3(OH－)≥Ksp[Fe(OH)3]＝8.0×10－38，c(OH－)≥ ml·L－1＝2×10－11 ml·L－1，c(H＋)≤5×10－4 ml·L－1，则pH≥3.3；当C2＋开始沉淀时，此时c(C2＋)·c2(OH－)＝Ksp[C(OH)2]＝1.0×10－15，c(OH－)＝ ml·L－1＝1.0×10－7.5 ml·L－1，c(H＋)＝1.0×10－6.5 ml·L－1，则pH＝6.5，所以调节pH：3.3≤pH<6.5。
2.化学平衡常数与溶度积常数计算沉淀转化
　某废水中含有Zn2＋，排放前需处理。向废水中加入CH3COOH和CH3COONa组成的缓冲溶液调节pH，通入H2S发生反应：Zn2＋＋H2S===ZnS(s)＋2H＋。处理后的废水中部分微粒浓度：
请计算处理后废水中的pH和c(Zn2＋)，已知：Ksp(ZnS)＝1.0×10－23，Ka1(H2S)＝1.0×10－7，Ka2(H2S)＝1.0×10－14，Ka(CH3COOH)＝2.0×10－5。
1.0×10－7×1.0×10－14，其中c(H＋)＝1×10－5 ml·L－1，c(H2S)＝0.10 ml·L－1，则c(S2－)＝1.0×10－12 ml·L－1，此时Ksp(ZnS)＝1.0×10－23＝c(Zn2＋)·c(S2－)，则c(Zn2＋)＝1×10－11 ml·L－1。
1.[2022·广东，18(1)(2)(3)]稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如右：
已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是____。
由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到的浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、 等离子，经氧化调pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有RE3＋、Mg2＋、 等离子，加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有MgSO4，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。
由分析可知，“氧化调pH”的目的是除去Fe3＋、Al3＋等，需要将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便后续除杂，所以化合价有变化的金属离子是Fe2＋。
(2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至_____________的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为_________________________。
3OH－===Al(OH)3↓
由表中数据可知，Al3＋沉淀完全时的pH为4.7，而RE3＋开始沉淀时的pH为6.2，所以为保证Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液调pH至4.7≤pH<6.2的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。
(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1。为尽可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于______________ ml·L－1(保留两位有效数字)。
滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，即0.112 5 ml·L－1，根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸钠后只生成(C11H23COO)3RE，而不产生(C11H23COO)2Mg，则c(C11H23COO－)< ＝4.0×10－4 ml·L－1。
2.[2022·全国乙卷，26(1)(2)]废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
回答下列问题：(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为_______________________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。
≈0.04≪105，说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化。
3.如图是以黄铜矿(主要成分为CuFeS2)为原料制取胆矾晶体(CuSO4·5H2O)的流程：已知：Ⅰ.高温焙烧时的主要反应有：
Ⅱ.常温下Ksp[Fe(OH)3]＝8.0×10－38，Ksp[Cu(OH)2]＝3.0×10－20。加入适量CuO粉末的作用是调节溶液的pH，促进Fe3＋水解，达到除杂的目的。写出实现该目的的总反应的离子方程式：_____________________________________________，溶液B中Fe3＋恰好沉淀完全即c(Fe3＋)＝1×10－5ml·L－1时，溶液的pH为____。(已知：lg 5＝0.7)
===2Fe(OH)3＋3Cu2＋
2Fe3＋＋3CuO＋3H2O
加入适量CuO粉末的作用是调节溶液的pH，促进Fe3＋水解生成氢氧化铁，同时氧化铜溶解生成Cu2＋，达到除杂的目的。实现该目的的总反应的离子方程式为2Fe3＋＋3CuO＋3H2O===2Fe(OH)3＋3Cu2＋；溶液B中Fe3＋恰好沉淀完全即c(Fe3＋)＝1×10－5 ml·L－1时，Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝8.0×10－38，则c(OH－)＝2×10－11 ml·L－1，c(H＋)＝5×10－4 ml·L－1，pH＝3.3。
4.[2020·全国卷Ⅲ，27(4)]某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp＝_________________________________________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0 ml·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是________。
0.01×(107.2－14)2[或10－5×
(108.7－14)2]
根据溶度积的表达式得Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]。当溶液中c(Ni2＋)＝1.0 ml·L－1时，c(OH－)
＝10－6.2 ml·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝6.2。
所以当pH＝6.2时，Ni2＋开始产生沉淀，根据流程图可知，调pH的目的是让Fe3＋沉淀完全，所以需要调节pH大于3.2，综合分析，应控制pH的范围为3.2～6.2。
5.(2023·湖南校联考二模)钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。以含钒石煤(主要成分是V2O3、V2O4，含有SiO2、FeS2及Mg、Al、Mn等化合物杂质)制备单质钒的工艺流程如图所示：
已知：①该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
②Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9、Ksp(CaSiO3)＝2.5×10－8、Ksp[Ca(VO3)2]远大于Ksp(CaCO3)。③一般认为平衡常数K>105反应较完全。“水浸”加入Na2CO3调节溶液的pH为8.5，可完全除去的金属离子有____________，及部分的____________。“水浸”加入Na2CO3不能使CaSiO3完全转化，原因是_________________________________________________________________________________________________。
pH为8.5，根据表格可得已完全沉淀的离子有Fe3＋、Al3＋，部分沉淀的有Mg2＋、Mn2＋；CaSiO3与CaCO3沉淀转化的方程式为CaSiO3(s)＋