小专题PH条件的控制（定稿）格式修改

课题：课题：工艺流程——PH条件的控制工艺流程总第(7)期整理与编辑：沈立鹏该类情境有以下几点要注意：（1）需要的物质：含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，使pH增大的物质如MgO、Mg(OH)2等。（2）原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度，增大pH（3）pH控制的范围：大于或等于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的pH。（4）控制pH的目的：防止XX离子水解；防止XX离子沉淀；确保X离子完全沉淀；防止XX物质溶解等。（5）控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀（调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围确定、范围过小的后果导致某离子沉淀不完全>或过大的后果<导致主要离子开始沉淀>）一.促使某些离子水解形成沉淀而被除去根据不同金属阳离子完全沉淀的pH数据，升高溶液的pH使之处于某范围内，使杂质金属离子沉淀，并确保所需要的金属离子依旧存留在溶液中。如图所示。由于Fe2+沉降时要求的溶液pH较高，同时与一些其他离子沉淀的pH范围重叠，一般是加入H2O2、酸性高锰酸钾溶液、氯水等氧化剂将其氧化成易沉降的Fe3+。1.高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：相关金属离子【c0(Mn+)=0.1mol·L−1】形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。【答案】4.7【解析】由表中数据知pH在4.7时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以应该控制pH在4.7~6之间。2．我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子【c0(Mn+)=0.1mol·L-1】形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。【答案】PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+【解析】由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要测定铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2+。3.以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2＜1以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______。（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V4O124−R4V4O12+4OH−（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_____性（填“酸”、“碱”或“中”）。【答案】（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）碱4．硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再调节溶液的pH约为5，目的是________。【答案】将Fe2+氧化为Fe3+；使Al3+与Fe3+形成氢氧化物而除去。5．毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:Ca2+Mg2+Fe3+开始沉淀时的pH11.99.11.9完全沉淀时的pH13.911.13.2加入NH3·H2O调节pH=8可除去（填离子符号），滤渣Ⅱ中含（填化学式）。加入H2C2O4时应避免过量，原因是。已知：Ksp（BaC2O4）=1.6×10-7，Ksp（CaC2O4）=2.3×10-9【答案】Fe3+；Mg(OH)2、Ca(OH)2；H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品的产量减少。【解析】二.抑制某些离子的水解，防止产品混入杂质像盐酸盐、硝酸盐溶液，通过结晶方法制备晶体或加热脱水结晶水合物制备相对应的无水盐时，由于水解生成的盐酸或硝酸挥发，促使了金属离子水解（水解反应为吸热反应）导致产品不纯，如MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg（OH）Cl+HCl↑+5H2O等，这就需要在酸性氛围中加热来抑制其水解。6．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(BaTiO3)的工艺流程如下：常温下，TiCl4为液体且易水解，配制一定浓度的TiCl4溶液的方法是。【答案】溶于浓盐酸，再加适量水稀释至所需浓度【解析】TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti4+会发生水解反应：Ti4++4H2OTi(OH)4+4H+，使溶液变浑浊，为了配制得到澄清的TiCl4溶液，同时不引入杂质离子，通常是将TiCl4溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度；7．某化学兴趣小组以菱铁矿（主要成分为FeCO3，含有SiO2、Al2O3等少量杂质）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的实验过程如下：（1）酸溶及后续过程中均需保持酸过量，其目的除了提高铁元素的浸出率之外，还有。【答案】抑制Fe3+水解【解析】酸溶和后续过程中酸过量可以抑制Fe3+水解；8．氯化铁是常见的水处理剂，工业上制备无水FeCl3的一种工艺如下：（1）六水合氯化铁在水中的溶解度如下：温度/℃01020305080100溶解度(g/100gH2O)74.481.991.8106.8315.1525.8535.7从FeCl3溶液制得FeCl3·6H2O晶体的操作步骤是：加入少量盐酸、、、过滤、洗涤、干燥。再由FeCl3·6H2O晶体得到无水FeCl3的操作是：。（2）常温下，若溶液的pH控制不当会使Fe3+沉淀，pH＝4时，溶液中c(Fe3+)＝mol·L－1。(常温下Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38)。【答案】（1）蒸发浓缩；冷却结晶；将FeCl3·6H2O晶体在干燥的HCl气流中加热；（2）4.0×10－8；【解析】（1）由表中数据可知，温度越高氯化铁的溶解度越高，由溶液获得晶体需加加热浓缩；再冷却结晶，Fe3+易水解，所以由FeCl3•6H2O晶体得到无水FeCl3，应在氯化氢气流中加热FeCl3•6H2O晶体，得到无水FeCl3，故答案为加热浓缩；冷却结晶；在氯化氢气流中加热FeCl3•6H2O晶体，得到无水FeCl3；（2）当溶液pH为4时，溶液中c(OH-)=10-10mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)•c3(OH-)=4×10-39，所以溶液中c(Fe3+)==4×10-9mol•L-1，故答案为4×10-9；三.控制盐的水解反应进行的程度Fe3+、Al3+、Cr3+、Ti4+等离子由于所带电荷数多，半径小，易发生强烈的水解反应。在中学教材中，对它们水解的离子方程式都做了简化处理，如Fe3+水解：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+其实Fe3+在溶液中的水解可以分为三步Fe3＋+H2OFe(OH)2++H＋；Fe(OH)2++H2OFe(OH)2++H＋；Fe(OH)++H2OFe(OH)3+H＋；依据人们需要可通过控制溶液的pH得到水解程度不同的产物。9.烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6—2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6—2x。滤渣Ⅱ的主要成分为（填化学式）；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是（用离子方程式表示）。【答案】CaSO43CaCO3+2Al3++3SO42-+3H2O=2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑【解析】通过以上分析知，滤渣Ⅱ的成分是CaSO4，若溶液的pH偏高，溶液中的Al3+和OH-离子反应生成Al(OH)3沉淀，所以将会导致溶液中铝元素的含量降低，反应的离子方程式为：3CaCO3+2Al3++3SO42-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CaSO4+3CO2↑；四.溶液的酸碱性影响离子的稳定性和存在形式10．重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：步骤①的主要反应为：FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2步骤④调滤液2的pH使之变____________（填“大”或“小”），原因是___________________（用离子方程式表示）。【答案】小2+2H++H2O【解析】滤液2调节pH的目的是提高溶液的酸性，pH变小；因为溶液中存在2CrO42−+2H+Cr2O72−+H2O，增大溶液中H+浓度，可促进平衡正向移动，提高溶液中Cr2O72−的浓度。11.利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。【参考答案】NaHSO3 【解析】碳酸钠饱和溶液吸收SO2后的溶液显酸性，说明生成物是酸式盐，即Ⅰ中为NaHSO3；12．硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH++B(OH)−4，Ka=5.81×10−10，可判断H3BO3是______酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。【答案】一元弱转化为H3BO3，促进析出【解析】由硼酸的离解方程式知，硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子，而三价硼原子最多只能再形成一个配位键，且硼酸不能完全解离，所以硼酸为一元弱酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是将B(OH)−4转化为H3BO3，并促进H3BO3析出13．利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(III)的处理工艺如下：其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+，其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+。常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：阳离子Fe3+Mg2+Al3+Cr3+开始沉淀时的pH2.7——————沉淀完全时的pH3.711.189（＞9溶解）加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72-转化为CrO42-。滤液Ⅱ中阳离子主要有___________；但溶液的pH不能超过8，其理由是_____________________。【答案】Na+、Mg2+、Ca2+pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最终影响Cr(III)回收与再利用【解析】硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+，其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+，加入过氧化氢氧化铬离子为Cr2O72-，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72-转化为CrO42-，溶液PH=8，Fe3+沉淀完全，沉淀为Fe(OH)3，滤液Ⅱ中阳离子主要有Na+、Mg2+、Ca2+；但溶液的pH不能超过8，其理由是pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO