第三章 章末提升课 第2课时　离子反应在化工流程中的应用

第2课时离子反应在化工流程中的应用[核心素养发展目标]1.了解常考化工流程题的一般形式。2.能从“电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡”的视角分析化工生产的相关问题。1．工艺流程题的一般呈现形式2．工艺流程题解题思路(1)审题流程(2)识图技巧图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；图3箭头表示循环反应。3．典例剖析例1(2022·全国乙卷，26)废旧铅酸蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.5×10－87.4×10－141.1×10－102.6×10－9一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：金属氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Pb(OH)2开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：________________________________。(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是_____________________________________________________________________________________。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是_________________________________________________；(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为_______________________________________________________________________________________；(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是__________________________。(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________________。(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有________。流程解读铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，向铅膏中加入碳酸钠溶液进行脱硫，硫酸铅转化为碳酸铅，过滤，向所得固体中加入醋酸、过氧化氢进行酸浸，过氧化氢可将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁，过滤后，向滤液中加入氢氧化钠溶液进行沉铅，得到氢氧化铅沉淀，滤液中的金属阳离子主要为钠离子和钡离子，氢氧化铅再进行处理得到PbO。例2(2023·山东，17)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SOeq\o\al(2－,4)和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下：已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。回答下列问题：(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2OH＋＋eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(BOH4))－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10mol·L－1硼砂溶液中，eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(B4O5OH4))2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(BOH4))－，该水解反应的离子方程式为_______________________________________________________________，该溶液pH＝__________。(2)滤渣Ⅰ的主要成分是_______________________________________________________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中COeq\o\al(2－,3)浓度应控制在__________________mol·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加__________________(填化学式)的用量。(3)精制Ⅱ的目的是________________________________________________________；进行操作X时应选择的试剂是________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。1．实验小组设计实验除去粗盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)并进行定性检验。已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9。下列说法不正确的是()A．常温时，调节溶液的pH＞12，可使滤液中c(Mg2＋)＜1×10－5mol·L－1B．加入Na2CO3溶液仅发生反应：Ba2＋＋COeq\o\al(2－,3)=BaCO3↓、Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓C．加入盐酸发生的反应是2H＋＋COeq\o\al(2－,3)=CO2↑＋H2O、H＋＋OH－=H2OD．若步骤①加入BaCl2溶液后进行过滤，可以避免白色沉淀M的生成2．(2023·山西忻州高二月考)四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2·4H2O，难溶于水]是一种性能优良的绿色环保防锈颜料。实验室以锌灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)为原料制备Zn3(PO4)2·4H2O的流程如下：已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36。下列说法错误的是()A．滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2B．步骤Ⅰ中，调节溶液的pH约为5后加KMnO4溶液反应的离子方程式为MnOeq\o\al(－,4)＋3Fe2＋＋7H2O=MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋C．若试剂a为ZnS，反应ZnS(s)＋Cu2＋(aq)=Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝2.5×1011D．沉锌后的母液中可回收利用的物质有K2SO4、(NH4)2SO43．钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液调节pH。写出NaClO3氧化Fe2＋的离子方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)除Ca、Mg：当某离子浓度c≤1×10－6mol·L－1时，认为该离子已除尽。①为使Ca2＋、Mg2＋除尽，必须保持溶液中c(F－)≥________mol·L－1。②若调节溶液的pH偏低，将会导致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(