2022年高考化学一轮复习讲义第8章第42讲　专项提能特训16　化工流程中的Ksp计算 (含解析)

专项提能特训16化工流程中的Ksp计算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＋)＝0.02mol·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＋)＝1.0×10－5mol·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]c2(POeq\o\al(3－,4))＝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、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：已知Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。回答下列问题：________(填“能”或“不能”)生成沉淀。答案不能c(Fe3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－38＜Ksp[Fe(OH)3]，故不能生成Fe(OH)3沉淀。3．(2020·四川泸州市高三模拟)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\o\al(－,3)的浓度为eq\f(1,45)mol·L－1，则滤液的pH为________。除OH－与VOeq\o\al(－,3)外，滤液中还可能存在的阴离子是______。答案4.5Cl－和H2POeq\o\al(－,4)、POeq\o\al(3－,4)或HPOeq\o\al(2－,4)解析25℃时，Ksp(NH4VO3)＝4×10－2，电离常数Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5。“沉钒”后＝1.8mol·L－1，NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋开始/mol·L－11.800变化/mol·L－1x

x

x平衡/mol·L－1

1.8－x

x

xKh＝eq\f(Kw,Kb)＝eq\f(10－14,1.8×10－5)＝eq\f(x2,1.8－x)，解得x＝c(H＋)≈10－4.5mol·L－1，则滤液的pH为4.5。除OH－与VOeq\o\al(－,3)外，P2O5溶于水生成磷酸，磷酸电离出H2POeq\o\al(－,4)、POeq\o\al(3－,4)或HPOeq\o\al(2－,4)，滤液中还可能存在的阴离子是Cl－和H2POeq\o\al(－,4)、POeq\o\al(3－,4)或HPOeq\o\al(2－,4)。4．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：氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2开始沉淀的pH1.56.57.7沉淀完全的pH3.79.79.2②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eq\f(cCa2＋,cF－)＝________________________________________________________________________。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，当溶液中F－浓度为3×10－3mol·L－1时，Ca2＋的浓度为eq\f(2.7×10－11,3×10－32)mol·L－1＝3×10－6mol·L－1，所以溶液中eq\f(cCa2＋,cF－)＝eq\f(3×10－6,3×10－3)＝1.0×10－3。5．七铝十二钙(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CaO11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－)＞eq\r(\f(Ksp,cMg2＋))＝eq\r(\f(5×10－12,5×10－6))mol·L－1＝1×10－3mol·L－1，c(H＋)＜eq\f(Kw,cOH－)＝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。6．(2020·四川省内江市模拟)硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。工业生产中利用方铅矿(主要成分为PbS,含有FeS2等杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)制备PbSO4的工艺流程如图：已知：i.PbCl2难溶于冷水，易溶于热水ii.PbCl2(s)＋2Cl－(aq)PbCleq\o\al(2－,4)(aq)ΔH>0iii.Ksp(PbSO4)＝1.08×10－8，Ksp(PbCl2)＝1.6×10－5(1)20℃时，PbCl2(s)在不同浓度盐酸中的最大溶解量(g·L－1)如图所示。下列叙述正确的是____________(填字母)。A．盐酸浓度越小，Ksp(PbCl2)越小B．x、y两点对应的溶液中c(Pb2＋)不相等C当盐酸浓度为1mol·L－1时，溶液中c(Pb2＋)一定最小D．当盐酸浓度小于1mol·L－1时，随HCl浓度增大，PbCl2溶解量减少是因为Cl－浓度增大使PbCl2溶解平衡逆向移动(2)调pH的目的是________________________________，PbCl2“转化”后得到PbSO4,当c(Cl－)＝0.1mol·L－1时，c(SOeq\o\al(2－,4))＝______________________mol·L－1。答案(1)BD(2)使Fe3＋沉淀而除去6.75×10－6解析(1)PbCl2是微溶化合物，溶于水存在平衡：PbCl2(s)Pb2＋(aq)＋2Cl－(aq)，由图像可时，主要是电离出的氯离子抑制氯化铅的溶解，大于1mol·L－1时，可发生反应：PbCl2(s)＋2Cl－(aq)PbCleq\o\al(2－,4)(aq)，促进溶解。Ksp(PbCl2)只受温度的影响，温度不变，则Ksp(PbCl2)不变，故A错误；根据分析可知x、y两点对应的溶液中的溶质不同，所以c(Pb2＋)不相等，故B正确；根据分析可知当盐酸浓度大于1mol·L－1时，主要发生反应：PbCl2(s)＋2Cl－(aq)PbCleq\o\al(2－,4)(aq)，所以此时c(Pb2＋)不一定最小，故C错误；根据分析可知盐酸浓度小于1mol·L－1时，主要存在平衡PbCl2(s)Pb2＋(aq)＋2Cl－(aq)，氯离子的增多使平衡逆向移动，故D正确。(2)调节pH的主要目的是使Fe3＋转化为沉淀，从而除去；沉淀转化的化学方程式为PbCl2(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)PbSO4(s)＋2Cl－(aq)，该反应的平衡常数K＝eq\f(c2Cl－,cSO\o\al(2－,4))＝eq\f(c2Cl－·cPb2＋,cSO\o\al(2－,4)·cPb2＋)＝eq\f(KspPbCl2,KspPbSO4)＝eq\f(1.6×10－5,1.08×10－8)，所以当c(Cl－)＝0.1mol·L－1时，c(SOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(0.12,\f(1.6×10－5,1.08×10－8))mol·L－1＝6.75×10－6mol·L－1。7．某工厂以重晶石(主要含BaSO4)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”——钛酸钡(BaTiO3)的工艺流程如下：回答下列问题：(1)用Na2CO3溶液浸泡重晶石(假设杂质不与Na2CO3反应)，能将BaSO4转化为BaCO3，此反应的平衡常数K＝____________(填写计算结果)；若不考虑COeq\o\al(2－,3)的水解，要使2.33gBaSO4恰好完全转化为BaCO3，则至少需要浓度为1.0mol·L－1Na2CO3溶液______mL。[已知：Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10，Ksp(BaCO3)＝5.0×10－9](2)流程中“混合”溶液的钛元素在不同pH时主要以TiO(OH)＋、TiOC2O4、TiO(C2O4)eq\o\al(2－,2)三种形式存在(变化曲线如图所示)。实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.8左右，再进行“沉淀”，其反应的离子方程式为__________________________；图中曲线c对应钛的形式为__________(填粒子符号)。答案(1)0.02510(2)TiO(C2O4)eq\o\al(2－,2)＋Ba2＋＋4H2O=BaTiO(C2O4)2·4H2O↓TiO(OH)＋解析(1)在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和Na2CO3溶液时，发生沉淀转化生成BaCO3：BaSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，最终BaSO4生成BaCO3；反应的平衡常数K＝eq\f(c(SO\o\al(2－,4)),c(CO\o\al(2－,3)))＝eq\f(c(SO\o\al(2－,4))·c(Ba2＋),c(CO\o\al(2－,3))·c(Ba2＋))＝eq\f(Ksp(BaSO4),Ksp(BaCO3))＝eq\f(1.0×10－10,5.0×10－9)＝0.02；2.33gBaSO4物质的量为0.01mol，根据BaSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，完全转化需要0.01molCOeq\o\al(2－,3)，同时溶液中产生0.01molSOeq\o\al(2－,4)，根据K值溶液中含有n(COeq\o\al(2－,3))＝eq\f(0.01mol,0.02)＝0.5mol，需要加入Na2CO3为0.01mol＋0.5mol＝0.51mol，需要Na2CO3溶液的体积为eq\f(0.51m