高考化学二轮复习考点剖析考点15 化工流程中溶度积常数计算（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

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考点15 化工流程中溶度积常数计算

1.（2019江苏）实验室以工业废渣（主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如下：

（1）室温下，反应CaSO4(s)+(aq)CaCO3(s)+(aq)达到平衡，则溶液中=________[Ksp(CaSO4)=4.8×10−5，Ksp(CaCO3)=3×10−9]。
（2）将氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NH4)2CO3溶液，其离子方程式为________；浸取废渣时，向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是________。
（3）废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃，搅拌，反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降，其原因是________；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO4转化率的操作有________。

（4）滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：______[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂：盐酸和Ca(OH)2]。
2．（2017课标Ⅰ）（14分）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：
（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的净出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42－形式存在，写出相应反应的离子方程式__________________。
（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率%
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。
（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。
（5）若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02 mol/L，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+)=1×10-5 mol/L，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？___________（列式计算）。
FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。
（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。

此类试题关键要正确书写溶度积常数表达式，同时还要注意离子浓度的计算。

溶度积常数反映了难溶电解质在水中的溶解能力，高考试题中溶度积常数的考查常结合化工流程题，在化工流程题中考查溶度积常数是近年高考的热点，化工流程中常常需要控制条件进行离子的分离或除杂，通过溶度积常数计算溶液中金属离子的浓度、离子完全沉淀时的pH、判断废水排放是否符合标准、沉淀完全转化时所需离子浓度。
一．判断溶液中沉淀的离子
化工流程中，某些金属离子沉淀或某些金属离子除杂，需要控制一定的pH，通过溶度积常数可判断溶液中沉淀的离子。
典例1（2018届福建省漳州市高三考前模拟考试试卷二）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)的一种流程如下：

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__________；再向滤液加入氨水调节pH＝6，滤液中Sc3+的浓度为_____________。（已知：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＝__________(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____________。
二．沉淀完全转化时所需离子浓度
化工流程中原料的溶解或沉淀的转化往往要加入某种试剂，通过溶度积常数可计算出所加试剂的浓度。
典例2（2019届江西省上高县第二中学高三上学期第一次月考）Ⅰ、海水晒盐后所得的苦卤中含有较高浓度的MgCl2、KCl以及金属溴化物。以下是苦卤化学分离的过程。

回答下列问题： 
（1）若试剂A是一种有色气体单质，则A是_______(填化学式）；
（2）“操作II”是_______，“操作III”是_______。(填字母）
a．蒸发   b．蒸馏 c． 分液 d．重结晶 
（3）试剂B可能是下列物质中的________。(填字母）
a．饱和NaCl溶液     b．CCl4  c．NaOH  d．乙醇 
Ⅱ、一种工业制备SrCl2·6H2O的生产流程如下图所示：

已知：①M(SrCl2·6H2O)＝267 g/mol；②Ksp(SrSO4)＝3.3×10－7、Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10；③经盐酸浸取后，溶液中有Sr2＋和Cl－及少量Ba2＋。
(1)加入硫酸溶液的目的是______________；为了提高原料的利用率，滤液中Sr2＋的浓度应不高于_________ mol/L(注：此时滤液中Ba2＋浓度为1×10－5 mol/L)。
(2)产品纯度检测：称取1.000 g产品溶解于适量水中，向其中加入含AgNO3 1.100×10－2 mol的AgNO3溶液(溶液中除Cl－外，不含其他与Ag+反应的离子)，待Cl－完全沉淀后，用含Fe3＋的溶液作指示剂，用0.200 0 mol/L的NH4SCN标准溶液滴定剩余的AgNO3，使剩余的Ag＋以AgSCN白色沉淀的形式析出。
①滴定反应达到终点的现象是_________________________________________。
②若滴定过程用去上述浓度的NH4SCN溶液20.00 mL，则产品中SrCl2·6H2O的质量百分含量为________________(保留4位有效数字)。
典例3（2019届安徽省合肥市高三上学期调研性检测）一种磁性材料的磨削废料，主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：

回答下列问题:
(1)“酸溶”时，溶液中有Fe3+、Fe2+、Ni2+等生成，废渣的主要成分是______；金属镍溶解的离子方程式为______________。
(2)“除铁”时H2O2的作用是_____________，加入碳酸钠的目的是____________________。
(3)“除铜”时，反应的离子方程式为________________，若用Na2S代替H2S除铜，优点是______________。
(4)已知除钙镁过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量不能过多的理由为______________。
(5)已知常温下Ksp[Ni(OH)2]=2. 0×10-15 ，该流程在“沉镍”过程中，需调节溶液pH约为______时，Ni2+才刚好沉淀完全(离子沉淀完全的依度≤1.0×10-5mol/L；lg2=0.30)。
三．判断判断沉淀转化的可能性
沉淀之间的转化是有条件的，通过溶度积常数可以判断沉淀之间的转化可能性。
典例4（2018届河南省安阳市高三第三次模拟考试）一种从含铝锂钴废料[铝箔、CoO和Co2O3(只溶于酸，不溶于碱)及LiCoO2]中回收氧化钴的工艺流程如下:

回答下列问题:
(1)步骤I“碱溶”时，为提高铝的去除率，除升高温度和不断搅拌外,还可采取的措施是____(列举1点)，“碱溶”时发生主要反应的化学方程式为_______；步骤II“过滤、洗涤”过程中滤渣还会有少量的Al(OH)3，是因为________(填离子方程式)。
(2)步骤III“酸溶”时,Co2O3 转化为CoSO4 的离子方程式为_________。
(3)步骤V“除铝和锂”时,调节pH的适用范围是_______(已知该条件下,Al3+开始沉淀时的pH为4.1,沉淀完全时的pH为4.7.Co2+开始沉淀时的pH为6.9。沉淀完全时的pH为9.4)；步骤VI所得滤渣的成分为__________。
(4)煅烧CoC2O4时发生氧化还原反应，则CoC2O4分解的化学方程式是___；若仅从沉淀转化角度考虑，能否利用反应CoCO3+ C2O42-=== CoC2O4 + CO32- 将CoCO3 转化为CoC2O4?___ (填“能”或“不能”),说明理由:________[已知Ksp(CoCO3) =1.4×10-13,Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8]

1．（2019届东北三省三校（哈尔滨师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学)高考化学一模）从海水中提取并制备碳酸锂，可以提高海水的综合利用价值，满足工业上对碳酸锂的需求。制备碳酸锂的一种工艺流程如下：

已知：①海水中某些离子浓度如下：
离子
Li+
Mg2+
Ca2+
Mn2+
Cl-
浓度(mol/L)
0.113
0.049
0.001
0.010
0.501

②碳酸锂的溶解度：
温度(℃)
0
10
30
50
70
90
溶解度(g/L)
1.54
1.43
1.25
1.08
0.91
0.83

几种难溶电解质的溶度积(25℃)：
物质
Li2CO3
MgCO3
MnCO3
CaCO3
Mg(OH)2
Ksp
2.5×10-2
6.8×10-6
2.3×10-11
2.8×10-9
6×10-10

请回答下列问题：
精制除杂阶段的滤渣为MgCO3、______写化学式
用HCl调pH为4～5的目的是_________。
二次除镁过程中，若使Mg2+浓度为6×10-4mol/L，应控制pH为______。
沉锂阶段，实际测得不同纯碱加入量条件下的碳酸锂沉淀结果如下表：
序号

沉淀质量(g)
Li2CO3含量(%)
锂回收率(%)

0.9:2.0
10.09
92.36
77.67

1.0:2.0
10.97
90.19
82.46

1.1:2.0
11.45
89.37
85.27

1.2:2.0
12.14
84.82
85.85

综合以上信息及考虑实际生产时的原料成本，应按照______填序号中CO32-与Li+物质的量之比加入纯碱制备碳酸锂。
沉锂温度需控制在，主要原因是______。
碳化分解具体过程为：①向碳酸锂与水的浆料中通入CO2气体，充分反应后，过滤；②加热滤液使其分解。写出②反应中的化学方程式：__________。写出在碳化分解中可循环利用物质的电子式：_________。
2．（2019年湖南省株洲市高考化学一模）某工业废催化剂含有 SiO2、ZnO、CuS、ZnS、Fe3O4 等物质，为落实“节约资源，变 废为宝”的环保理念，某课外兴趣小组的同学取 20g 该物质进行实验，回收其中的 Cu 和 Zn，实验方案如下：

已知：ZnS 可与稀硫酸反应；CuS 不溶于稀硫酸，也不与其发生反应。 请回答下列问题：
(1)可用图装置进行第一次浸出，烧杯中盛放的是______溶液。

(2)滤液Ⅰ中的 Fe2+最好用______来检验。
a.氯水 b.双氧水 c.KSCN 溶液 d.K3[Fe(CN)6]溶液
(3)物质 A 是含有 X 元素的氧化物(XO)，则 X 是______(填元素符号)，由滤液Ⅱ、Ⅳ滤液获得 ZnSO4•7H2O 的操作是______________。
(4)第二次浸出时的化学方程式为_______________。
(5)加 A 调节溶液的 pH 约为______时，可以完全除去其中的杂质离子。
(当溶液中离子浓度小于等于 10-5mol/L 时视为沉淀完全；实验条件下部分物质的溶度积常数为：Ksp[Fe(OH)3]=10-38，Ksp[Fe(OH)2]=10-17，Ksp[Zn(OH)2]=10-17，Ksp[Cu(OH)2]=10-20)
(6)实验最后获得了 5.74gZnSO4•7H2O 晶体(假设实验中没有损耗)，但不能由此确定原催化剂中锌元素的质量分数，原因是_________________。
3．（安徽省安庆市2019届高三第二次模拟考试）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、A12O3、SiO2等杂质)为原料制备锰酸锂的流程如下图所示。

(1)溶浸生产中为提高SO2回收率可采取的措施有_________(填序号)
a.不断搅拌，使SO2和软锰矿浆充分接触
b.增大通入SO2的流速
c.减少软锰矿浆的进入量
d.减小通入SO2的流速
(2)已知：室温下，Ksp[A1(OH)3]=1×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=l×10-39， pH=7.1 时 Mn(OH)2开始沉淀。氧化除杂时(室温)除去MnSO4液中的Fe3+、Al3+(使其浓度小于1× l0-6mol /L)，需调节溶液pH范围为_______。
(3)由硫酸锰与K2S2O8溶液常温下混合一周，慢慢得到球形二氧化锰(MnO2)。请写出发生反应的离子方程式___________。
(4)将MnO2和 Li2CO3按4：1的物质的量比配料，混合搅拌，然后升温至600℃〜750℃，制取产品LiMn2O4。写出该反应的化学方程式 _____________ 。
(5)锰酸锂可充电电池的总反应为：Li1-xMn2O4+LixCLiMn2O4+C(0＜x＜1)

①充电时，电池的阳极反应式为_________，若此时转移lmole-，则石墨电极将增重______g。
②废旧锰酸锂电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸、着火，为了安全，对拆解环境的要求是________。
4．（天津市河东区2019届高三高考一模考试）球形纳米银粉是一种重要的无机功能材料，被广泛应用于装饰材料、电接触材料、感光材料、催化剂、医药和抗菌材料等众多领域。从含Ag+的废定影液中回收并制备球形纳米银粉工艺流程图如下：

请回答下列问题：
(1)硝酸中所含元素的原子半径由小到大的顺序：____________；Na在周期表中的位置： _____________；N2H4的电子式：______________。
(2)为使Na2S溶液中的值减小，可加入的物质是__________。
A.盐酸 B.适量KOH C.适量NaOH D.适量CH3COONa
(3)写出置换过程的离子反应方程式 _____________________________________。
(4)若氧化精制过程产生等体积的NO2和NO混合气体，写出HNO3与Ag反应的化学反应方程式_____________。
(5)下图分别是HNO3浓度、浸取时间对银回收的影响，则最佳的浓度和时间分别是_____%；___min。

(6)加入N2H4·H2O还原前要将AgNO3溶液的pH调节至5～6，得到Ag的产率最高，pH>6时，银的产率降低的原因为__________________________。
(7)常温下，取上述AgNO3溶液滴加到物质的量浓度均为0.2mol/L NaNO2和CaCl2的混合溶液中(忽略溶液体积变化)，当AgNO2开始沉淀时，溶液中c(Cl-)=__________mol/L［已知：常温下，Ksp(AgNO2)=2×10-8 ，Ksp(AgCl)=1.8×10-10］
5．（辽宁省沈阳市东北育才学校2019届高三下学期第八次模拟）H2S在金属离子的鉴定分析、煤化工等领域都有重要应用。请回答：
Ⅰ.工业上一种制备H2S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO2反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物。
(1)该反应的化学方程式为_____________。
Ⅱ.H2S可用于检测和沉淀金属阳离子。
(2)H2S的第一步电离方程式为________。
(3)已知：25 ℃时，Ksp(SnS)＝1.0×10－25，Ksp(CdS)＝8.0×10－27。该温度下，向浓度均为0.1 mol·L－1的CdCl2和SnCl2的混合溶液中通入H2S，当Sn2＋开始沉淀时，溶液中c(Cd2＋)＝________(溶液体积变化忽略不计)。
Ⅲ.H2S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体。反应原理为
ⅰ.COS(g)＋H2(g) H2S(g)＋CO(g)　ΔH＝＋7 kJ·mol－1；
ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－42 kJ·mol－1。
(4)已知：断裂1 mol分子中的化学键所需吸收的能量如表所示。
分子
COS(g)
H2(g)
CO(g)
H2S(g)
H2O(g)
CO2(g)
能量/(kJ·mol－1)
1 319
442
x
678
930
1 606

表中x＝________。
(5)向10 L容积不变的密闭容器中充入1 mol COS(g)、1 mol H2(g)和1 mol H2O(g)，进行上述两个反应。其他条件不变时，体系内CO的平衡体积分数与温度(T)的关系如图所示。

①随着温度升高，CO的平衡体积分数_____(填“增大”或“减小”)。原因为_______
②T1℃时，测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80 mol。则该温度下，COS的平衡转化率为_____；反应ⅰ的平衡常数为_____(保留两位有效数字)。
6．（安徽省六安市第一中学、合肥八中、阜阳一中三校2019届高三最后一卷）(1)常温下，配制浓度为0.1mol/L的FeSO4溶液，研究不同pH对Fe2+氧化的影响，结果如下图所示，(假设反应过程中溶液体积不变)

在pH＝5.5的环境下，该反应在0～15min的平均速率v(Fe2+)＝______；增大溶液pH，Fe2+被氧化速率_______________(填增大”、“减小”或“无影响”)。
(2)在pH＝13的环境下，Fe2+的氧化变质可以理解为:第一步:Fe2++2OH—＝Fe(OH)2，第二步__________________________(用化学方程式回答)当氧化达到平衡时，c( Fe2+) /c(Fe3+)__________4.0×1022(填“>”“<”或“=”)。已知Ksp[Fe(OH)3]＝2.5×10—39， Ksp[Fe(OH)2]＝1.0×10—15
(3)工业上可用H2还原法处理NO，反应原理为:2NO(g)+2H2(g) ==N2(g)+2H2O(g): △H＝a已知在标准状况，由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的焓变叫标准摩尔生成焓。NO(g)和H2O(g)的标准摩尔生成焓分别为+90kJ/mol、-280 kJ/mol，则a=_______。
(4)已知2NO(g)+O2(g) 2NO(g) △H= —110 kJ·mol—1;25℃时，将NO和O2按物质的量之比为2:1充入刚性反应容器中用测压法研究其反应的进行情况。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(忽略NO2与N2O4的转化)
t/min
0
80
160
∞
p/kpa
75.0
63.0
55.0
55.0

0～80min,v(O2)=_______kpa/min。用压强代替浓度所得到的平衡常数用K(p)表示，25℃时，K(p)的值为___________(保留3位有效数字)。
7．（甘肃省定西市陇西县第一中学2019届高三下学期适应性训练）锰是重要的合金材料和催化剂，在工农业生产和科技领域有广泛的用途。请回答下列问题：
（1）溶液中的Mn2+可被酸性溶液氧化为MnO4-，该方法可用于检验Mn2+。
①检验时的实验现象为_________。
②该反应的离子方程式为___________。
③ 可看成两分子硫酸偶合所得，若硫酸的结构式为，则的结构式为_________。
（2）实验室用含锰废料（主要成分，含有少量）制备Mn的流程如下：

已知：Ⅰ．难溶物的溶度积常数如下表所示：
难溶物




溶度积常数（）
4.0×10－38
1.0×10－33
1.8×10－11
1.8×10－13

Ⅱ．溶液中离子浓度≤10－5 mol·L－1时，认为该离子沉淀完全。
①“酸浸”时，将Fe氧化为Fe3＋。该反应的离子方程式为________；该过程中时间和液固比对锰浸出率的影响分别如图1、图2所示：

则适宜的浸出时间和液固比分别为___________、___________。
②若“酸浸”后所得滤液中c(Mn2＋)＝0.18 mol·L－1，则“调pH”的范围为___________。
③“煅烧”反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为_______。“还原”时所发生的反应在化学上又叫做_________。