2024届高考化学一轮复习专题8第44讲化工流程中的Ksp计算与溶解平衡图像能力学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题8第44讲化工流程中的Ksp计算与溶解平衡图像能力学案，共23页。
化工流程中Ksp的有关计算及应用
1．化工流程中Ksp有关计算的常考角度
2．沉淀开始和沉淀完全时溶液pH的计算方法
对于M(OH)n(s)Mn＋(aq)＋nOH－(aq)判断开始沉淀与沉淀完全时的pH：
(1)开始沉淀时的pH求法：c(OH－)＝eq \r(n,\f(Ksp,cMn＋))，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)，从而确定pH。
(2)沉淀完全时的pH求法：当该离子的浓度小于1.0×10－5 ml·L－1时，认为已经沉淀完全，c(OH－)＝eq \r(n,\f(Ksp,1.0×10－5)) ml·L－1，结合Kw求出c(H＋)，从而确定pH。
3．常见定量关系
(1)多元难溶弱碱的Ksp与对应阳离子的水解常数Kh的关系(以Fe3＋为例)
Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)
Kh＝eq \f(c3H＋,cFe3＋)＝eq \f(c3H＋·c3OH－,cFe3＋·c3OH－)＝eq \f(K\\al(3,w),Ksp)。
(2)M(OH)n悬浊液中Ksp、Kw、pH间关系，
M(OH)n(s)Mn＋(aq)＋nOH－(aq)
Ksp＝c(Mn＋)·cn(OH－)＝eq \f(cOH－,n)·cn(OH－)＝eq \f(cn＋1OH－,n)＝eq \f(1,n)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Kw,10－pH)))n＋1。
(3)沉淀转化常数K与Ksp的关系，如
3Mg(OH)2(s)＋2Fe3＋(aq)2Fe(OH)3(s)＋3Mg2＋(aq)的K＝eq \f(c3Mg2＋,c2Fe3＋)＝eq \f(c3Mg2＋·c6OH－,c2Fe3＋·c6OH－)＝eq \f(K\\al(3,sp)[MgOH2],K\\al(2,sp)[FeOH3])。

1．高纯硝酸银广泛应用于感光照相、电子浆料、保温瓶胆、制镜等行业。工业上利用粗银粉制备高纯硝酸银的工艺流程如下：
eq \x(粗Ag粉)eq \(―――→,\s\up9(HNO3),\s\d8(酸浸))eq \x(粗AgNO3溶液)eq \(――――――→,\s\up9(HCl、NaCl),\s\d8(沉银))eq \x(AgCl沉淀)eq \(―――→,\s\up9(NaClO3),\s\d8(氧化))
eq \x(精制AgCl)eq \(――――――→,\s\up9(N2H4·H2O),\s\d8(还原))eq \x(还原Ag粉)eq \(―――→,\s\up9(HNO3),\s\d8(精制))eq \x(高纯AgNO3)
已知：ⅰ.粗Ag粉中含有Pb、Cu、Hg、Fe等杂质；
ⅱ.25 ℃时几种氯化物的溶度积常数如下表：
ⅲ.AgCl在较浓盐酸中，可生成AgCleq \\al(－,2)、AgCleq \\al(2－,3)离子。
(1)酸浸：
①为加快化学反应速率，可采取的措施有___________________________
___________________________________________________(写出一条即可)。
②硝酸与银的反应中，体现了硝酸的________性(填“氧化”或“还原”)。
(2)沉银：在粗AgNO3溶液中主要含有Ag＋、Pb2＋、Cu2＋、Hgeq \\al(2＋,2)、Fe3＋等离子。向粗AgNO3溶液中加入盐酸、氯化钠，投加量对AgCl沉淀率的影响如图。
随着氯离子投加量的增加，AgCl的沉淀率出现先增后降的趋势。
①当n(Ag＋)∶c(Cl－)＝1∶1时，AgCl沉淀率并没有达到最高，原因是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②当n(Ag＋)∶c(Cl－)c(Sr2＋)＝c(HF)>c(H＋)
A [根据Ka＝eq \f(cH＋·cF－,cHF)，可得－lg eq \f(cH＋,cHF)－lg c(F－)＝－lg Ka，则lg eq \f(cHF,cH＋)－lg c(F－)＝－lg Ka，Ka不变，即lg eq \f(cHF,cH＋)随－lg c(F－)的增大而减小，故L1代表－lg c(F－)与lg eq \f(cHF,cH＋)的关系，L2代表－lg c(Sr2＋)与lg eq \f(cHF,cH＋)的关系，A项错误；由图可知，lg eq \f(cHF,cH＋)＝1.0时，c(F－)＝10－2.2 ml·L－1、c(Sr2＋)＝10－4.0 ml·L－1，则Ksp(SrF2)＝c(Sr2＋)·c2(F－)＝10－8.4＝100.6×10－9，其数量级为
10－9，B项正确；根据物料守恒，可知溶液中始终存在c(F－)＋c(HF)＝2c(Sr2＋)，C项正确；c为L1、L2的交点，则c(Sr2＋)＝c(F－)，根据物料守恒式可得c(Sr2＋)＝c(F－)＝c(HF)，c点对应的lg eq \f(cHF,cH＋)>0，故c(HF)>c(H＋)，根据电荷守恒
2c(Sr2＋)＋c(H＋)＝c(F－)＋c(Cl－)＋c(OH－)，及c(Sr2＋)＝c(F－)，可得c(Sr2＋)＋
c(H＋)＝c(Cl－)＋c(OH－)，通入HCl使溶液呈酸性，c(H＋)>c(OH－)，则c(Cl－)>
c(Sr2＋)，故c点的溶液中存在c(Cl－)>c(Sr2＋)＝c(HF)>c(H＋)，D项正确。]
5．(2022·南京检测)某温度下，将足量的BaSO4固体溶于一定量的水中达到溶解平衡，加入Na2CO3使c(COeq \\al(2－,3))增大过程中，溶液中c(Ba2＋)和c(SOeq \\al(2－,4))的变化曲线如图所示(忽略溶液体积的变化)。下列说不正确的是( )
A．当c(COeq \\al(2－,3))大于2.5×10－4 ml·L－1时开始有BaCO3沉淀生成
B．MN代表沉淀转化过程中c(Ba2＋)变化的曲线
C．该温度下，BaCO3比BaSO4更难溶于水
D．该温度下，BaSO4转换为BaCO3的平衡常数K＝0.04
C [A.由图像可知当c(COeq \\al(2－,3))大于2.5×10－4 ml·L－1时，c(SOeq \\al(2－,4))增大，说明开始有BaCO3沉淀生成，选项A正确；B.当生成BaCO3沉淀时，促进BaSO4的电离，溶液中c(SOeq \\al(2－,4))增大，c(Ba2＋)减小，则MP为c(SOeq \\al(2－,4))的变化曲线，MN为c(Ba2＋)的变化曲线，选项B正确；C.由题给图像数据可知Ksp(BaSO4)＝1×
10－5×1×10－5＝1.0×10－10，Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)×c(COeq \\al(2－,3))＝0.5×10－5×5×
10－4＝2.5×10－9，该温度下，BaSO4比BaCO3更难溶于水，选项C错误；D.反应BaSO4(s)＋ COeq \\al(2－,3)(aq)BaCO3 (s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO\\al(2－,4))),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO\\al(2－,3))))＝eq \f(\f(KspBaSO4,cBa2＋),\f(KspBaCO3,cBa2＋))＝eq \f(1.0×10－10,2.5×10－9)＝0.04，选项D正确。]
6．铈可用作优良的环保材料，现以氟碳铈矿(CeFCO3，含Fe2O3、FeO等杂质)为原料制备铈，其工艺流程如图所示。
已知：①滤渣Ⅰ主要成分是难溶于水的Ce(BF4)3；②Ksp[Fe(OH)3]＝8×
10－38；Ksp[Ce(OH)3]＝1×10－22；③lg 2≈0.3。
(1)用盐酸和H3BO3提取Ce元素时，体现盐酸的性质有________，“滤渣Ⅰ”用饱和KCl溶液溶解时发生复分解反应，则“滤渣Ⅱ”主要成分为________(填化学式)。
(2)“滤液Ⅰ”中c(Ce3＋)＝0.1 ml·L－1，用氨水调pH的范围是________，“滤液Ⅱ”中加入NH4HCO3发生反应的离子方程式为____________________，若Ce2(CO3)3经充分焙烧质量减少5.8 t，则获得CeO2的质量为________t。
[解析] (1)用盐酸和H3BO3提取Ce元素时，体现盐酸的性质有酸性(生成盐酸盐)、还原性(Ce元素化合价降低)；滤渣Ⅰ主要成分是难溶于水的Ce(BF4)3，滤渣Ⅰ用饱和KCl溶液溶解时发生复分解反应，生成KBF4和CeCl3溶液，则滤渣Ⅱ主要成分为KBF4。(2)“滤液Ⅰ”中c(Ce3＋)＝0.1 ml·L－1，Ce3＋开始沉淀时，c(OH－)＝eq \r(3,\f(1×10－22,0.1)) ml·L－1＝10－7 ml·L－1，c(H＋)＝10－7 ml·L－1，即pH＝7；铁离子沉淀完全时，c(Fe3＋)＝10－5 ml·L－1，c(OH－)＝eq \r(3,\f(8×10－38,10－5)) ml·L－1＝2×10－11 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(10－14,2×10－11) ml·L－1＝eq \f(10－3,2) ml·L－1，则pH＝3.3，故用氨水调pH的范围是3.3≤pH