(新高考)高考化学一轮复习讲义第8章专项特训7化工流程中的Ksp计算(含解析)

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已知：25 ℃时，H2CO3的Kal＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp( BaMO4)＝3.5×10－8；Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中M元素以MOeq \\al(2－,4)的形态存在。
(1)“焙烧”中，有Na2MO4生成，其中M元素的化合价为__________。
(2)“沉铝”中，生成的沉淀X为________。
(3)“沉钼”中，pH为7.0。
①生成 BaMO4的离子方程式为___________________________________________
________________________________________________________________________。
②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c(HCOeq \\al(－,3))∶c(MOeq \\al(2－,4))＝______________________________(列出算式)时，应停止加入BaCl2溶液。
答案 (1)＋6 (2)Al(OH)3 (3)①MOeq \\al(2－,4)＋Ba2＋===BaMO4↓ ②eq \f(1×10－7×2.6×10－9,4.7×10－11×3.5×10－8)
解析 (1)“焙烧”中，有Na2MO4生成，其中Na和O的化合价分别为＋1和－2，根据化合物中各元素化合价的代数和为0可知，M元素的化合价为＋6。
(2)“沉铝”中，偏铝酸钠转化为氢氧化铝，因此，生成的沉淀X为Al(OH)3。
(3)①滤液Ⅱ中含有钼酸钠，加入氯化钡溶液后生成BaMO4沉淀，该反应的离子方程式为MOeq \\al(2－,4)＋Ba2＋===BaMO4↓。②若开始生成BaCO3沉淀，则体系中恰好建立如下平衡：HCOeq \\al(－,3)＋BaMO4BaCO3＋MOeq \\al(2－,4)＋H＋，该反应的化学平衡常数K＝eq \f(cH＋·cMO\\al(2－,4),cHCO\\al(－,3))＝eq \f(cH＋·cCO\\al(2－,3)·cMO\\al(2－,4)·cBa2＋,cHCO\\al(－,3)·cCO\\al(2－,3)·cBa2＋)＝eq \f(Ka2·KspBaMO4,KspBaCO3)。为避免BaMO4中混入BaCO3沉淀，必须满足eq \f(cH＋·cMO\\al(2－,4),cHCO\\al(－,3))≤eq \f(Ka2·KspBaMO4,KspBaCO3)，由于“沉钼”中pH为7.0，c(H＋)＝1×10－7 ml·
L－1，所以溶液中eq \f(cMO\\al(2－,4),cHCO\\al(－,3))＝eq \f(Ka2·KspBaMO4,1×10－7 ×KspBaCO3)时，开始生成BaCO3沉淀， 因此，c(HCOeq \\al(－,3))∶c(MOeq \\al(2－,4))＝eq \f(1×10－7×KspBaCO3,Ka2·KspBaMO4)＝eq \f(1×10－7 ×2.6×10－9,4.7×10－11×3.5×10－8)时，应停止加入BaCl2溶液。
2．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 ml·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 ml·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(POeq \\al(3－,4))＝eq \f(1.3×10－22,1.0×10－5) ml·L－1＝1.3×10－17ml·L－1，c3(Mg2＋)·
c2(POeq \\al(3－,4))＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－403．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3.0×10－3 ml·L－1，则溶液中eq \f(cCa2＋,cF－)＝______________。
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，其作用是将溶液中的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, 沉淀为Fe(OH)3，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，当溶液中F－浓度为3.0×10－3 ml·L－1时，Ca2＋的浓度为eq \f(2.7×10－11,3×10－32) ml·L－1＝3×10－6 ml·L－1，所以溶液中eq \f(cCa2＋,cF－)＝eq \f(3×10－6,3×10－3)＝1.0×10－3。
4．(2022·西安调研)金属钒主要用于冶炼特种钢， 被誉为 “合金的维生素”。工业上常用富钒炉渣 (主要含FeO·V2O3, 还有少量P2O5等杂质) 制取钒的流程如下图。
回答下列问题：
25 ℃时，Ksp(NH4VO3)＝4×10－2，电离常数Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5。“沉钒” 后VOeq \\al(－,3)的浓度为eq \f(1,45) ml·L－1，则滤液的pH为__________。除OH－与VOeq \\al(－,3)外，滤液中还可能存在的阴离子是______。
答案 4.5 Cl－和H2POeq \\al(－,4)、POeq \\al(3－,4)或HPOeq \\al(2－,4)
解析 Ksp(NH4VO3)＝4×10－2＝c(NHeq \\al(＋,4))·c(VOeq \\al(－,3))，c(NHeq \\al(＋,4))＝eq \f(4×10－2,\f(1,45)) ml·L－1＝1.8 ml·L－1，
NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋
开始/ml·L－1 1.8 0 0
变化/ml·L－1 x x x
平衡/ml·L－1 1.8－x x x
Kh＝eq \f(Kw,Kb)＝eq \f(10－14,1.8×10－5)＝eq \f(x2,1.8－x)，解得x＝c(H＋)≈10－4.5 ml·L－1，则滤液的pH为4.5；除OH－与VOeq \\al(－,3)外，P2O5溶于水生成磷酸，磷酸电离出H2POeq \\al(－,4)、POeq \\al(3－,4)或HPOeq \\al(2－,4) ，滤液中还可能存在的阴离子是Cl－和H2POeq \\al(－,4)、POeq \\al(3－,4)或HPOeq \\al(2－,4)。
5．氧化铁是一种重要的无机材料，化学性质稳定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐热性和对紫外线的屏蔽性，从某种酸性工业废液(主要含Na＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋、Al3＋、Cl－、SOeq \\al(2－,4))中回收氧化铁的流程如图所示：
已知：常温下Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12、Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16；Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×
10－38、Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33。
(1)写出在该酸性废液中通入空气时发生反应的离子方程式：__________________________ ，使用空气的优点是______________________。
(2)常温下，在pH＝5的溶液中Fe3＋存在的最大浓度为__________________。
(3)有人利用氨水调节溶液pH，在pH＝5时将Fe(OH)3沉淀出来，此时可能混有的杂质是____________(填化学式，下同)，用____________试剂可将其除去。
答案 (1)4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 耗费少且无污染 (2)4.0×10－11 ml·L－1
(3)Al(OH)3 NaOH
解析 (1)向酸性废液中通入空气时，Fe2＋可被空气中的氧气氧化，反应的离子方程式为
4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；该方法的优点是耗费少且无污染。(2)溶液pH＝5，则
c(OH－)＝10－9 ml ·L－1，根据Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，即可计算出c(Fe3＋)为4.0×10－11ml·
L－1。(3)根据Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33，可计算出溶液 pH＝5时，c(Al3＋)＝1.0×10－6 ml·
L－1＜1.0×10－5ml·L－1，Al3＋也完全沉淀，故可能混有的杂质是Al(OH)3；Al(OH)3能溶于强碱，而Fe(OH)3不溶于强碱，故可用NaOH溶液除去Al(OH)3沉淀。
6．钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：
回答下列问题：
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是_________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)先加入氨水调节pH＝3，过滤，滤渣主要成分是____________；再向滤液中加入氨水调节pH＝6，滤液中Sc3＋的浓度为__________。(已知：25 ℃时，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31)
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中eq \f(cC2O\\al(2－,4),cH2C2O4) ＝____________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：____________________________________。[已知：25 ℃时，Ka1(H2C2O4)＝5.9×10－2，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5]
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为___________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(5)废酸中含钪量为15 mg·L－1，V L废酸最多可提取Sc2O3的质量为___________________。
答案 (1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌
(2)Fe(OH)3 9.0×10－7ml·L－1
(3)3.8×10－2 2Sc3＋＋3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓＋6H＋ (4)2Sc2(C2O4)3＋3O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Sc2O3＋12CO2
(5)0.023V g
解析 (1)在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的。(3)25 ℃时pH＝2的草酸溶液中eq \f(cC2O\\al(2－,4),cH2C2O4)＝eq \f(cC2O\\al(2－,4)·cH＋,cHC2O\\al(－,4))×eq \f(cHC2O\\al(－,4)·cH＋,cH2C2O4)×eq \f(1,c2H＋)＝Ka2(H2C2O4)×Ka1(H2C2O4)×eq \f(1,c2H＋)＝6.4×10－5
×5.9×10－2×eq \f(1,10－22)≈3.8×10－2。(5)废酸中含钪量为15 mg·L－1，则V L废酸中含钪的质量为15×10－3 g·L－1×V L＝0.015V g，所以最多可提取Sc2O3的质量为eq \f(0.015V g×138,45×2)＝0.023V g。氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Ni(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.7
沉淀完全的pH
3.7
9.7
9.2