考点72 化工流程中溶度积常数的计算领军高考化学必刷题精校解析Word版含Word文件下载.docx
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②BaCO3是将重晶石(主要成分为BaSO4)浸泡在Na2C03溶液中足够长时间来制备。
请问Na2CO3溶液的浓度至少要大于_____mol/L才能开始转化。
(已知常温下:
,略CO32-的水解)。
(1)MgC2+2H2O=Mg(OH)2
+C2H2
;
(2)
(3)TiOC2O4
(4)TiO(C2O4)22-+Ba2+
+4H2O=BaTiO(C2O4)2·
4H2O↓(5)取最后一次洗涤液少量于试管中,向其中滴加AgNO3溶液,无白色沉淀生成证明草酸氧钛钡已被洗涤干净(6)TiO2+2C+2Cl2
TiCl4+2CO(7)2.58×
10-4
3.工业上利用废镍催化剂(主要成分为Ni,还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程如下:
(1)请写出一种能提高“酸浸”速率的措施:
___________________________________;
滤渣I的成分是CaSO4和____________________(填化学式)。
(2)除铁时,控制不同的条件可以得到不同的滤渣II。
已知滤渣II的成分与温度、pH的关系如图所示:
①若控制温度40℃、pH=8,则滤渣II的主要成分为___________(填化学式)。
②若控制温度80℃、pH=2,可得到黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀(图中阴影部分),写出生成黄铁矾钠的离子方程式:
___________________________________________。
(3)已知除铁后所得100mL溶液中c(Ca2+)=0.01mol·
L-1,加入100mLNH4F溶液,使Ca2+恰好沉淀完全即溶液中c(Ca2+)=1×
10-5mol·
L-1,则所加c(NH4F)=_______mol·
L-1。
[已知Ksp(CaF2)=5.29×
10-9]
(4)加入有机萃取剂的作用是________________________。
【答案】把废镍催化剂粉碎、适当加热,适当增大酸的浓度或搅拌等SiO2FeOOH2Na++3ClO-
+6Fe2+
+4SO42-+9H2O
=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+3Cl-+6H+6.6×
10-2除去溶液中的Zn2+
②若控制温度80℃、pH=2,可得到黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀,依据氧化还原反应规律写出生成黄铁矾钠的离子方程式为:
2Na++3ClO-
=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+3Cl-+6H+;
因此,本题正确答案是:
(3)根据反应式Ca2++2F-=CaF2↓,沉淀Ca2+消耗0.002molNH4F,根据Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-)=5.29×
10-9,沉淀Ca2+后,溶液中c(F-)=
,设加入c(NH4F)=cmol/L,则
=
解得c=6.6×
10-2,
6.6×
10-2;
(4)根据流程图,加入有机萃取剂的作用是除去溶液中的Zn2+,因此,本题正确答案是:
除去溶液中的Zn2+。
4.
(1)一定温度下,Ksp[Mg3(PO4)2]=6.0×
10-29,Ksp[Ca3(PO4)2]=6.0×
10-26。
向浓度均为0.20mol·
L-1的MgCl2和CaCl2混合溶液中逐滴加入Na3PO4,先生成________沉淀(填化学式);
当测得溶液其中一种金属阳离子沉淀完全(浓度小于10-5mol·
L-1)时,溶液中的另一种金属阳离子的物质的量浓度为________。
(2)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:
①毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是________。
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________。
Ca2+
Mg2+
Fe3+
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.1
3.7
已知:
Ksp(BaC2O4)=1.6×
10-7,Ksp(CaC2O4)=2.3×
10-9。
(3)已知25℃时,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,向100mL该条件下的CaSO4饱和溶液中加入400mL0.01mol·
L-1Na2SO4溶液,下列叙述正确的是___(填字母)。
A.溶液中析出CaSO4沉淀,最终溶液中c(SO42-)比原来的大
B.溶液中无沉淀析出,溶液中c(Ca2+)、c(SO42-)都变小
C.溶液中析出CaSO4沉淀,溶液中c(Ca2+)、c(SO42-)都变小
D.溶液中无沉淀析出,但最终溶液中c(SO42-)比原来的大
【答案】Mg3(PO4)2<10-4mol·
L-1可以增大反应物的接触面积,增大反应速率Fe3+Mg(OH)2、Ca(OH)2会导致生成BaC2O4沉淀,产品产量会减少D
5.钴被誉为战略物资,有出色的性能和广泛的应用。
以水钴矿(主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl2·
6H2O的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
Ⅰ.“酸浸”
(1)钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。
综合考虑成本,应选择的最佳工艺条件为_________、_________;
滤渣①的主要成分为__________。
(2)Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4,化学方程式为______________________________。
Ⅱ.“净化除杂”分三步完成:
(3)除铁:
加入适量Na2SO4固体,析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12,离子方程式为_______________。
(4)除钙、镁:
加入适量NaF,当Mg2+恰好完全被除去(离子浓度等于10-5mol·
L-1)时,c(Ca2+)=_____________mol·
L-1(取两位有效数字)。
Ksp(MgF2)=7.4×
10-11,Ksp(CaF2)=1.5×
10-10。
(5)除铜:
加入适量Na2S2O3,发生反应2CuSO4+2Na2S2O3+2H2O=Cu2S↓+S↓+2Na2SO4+2H2SO4,该反应的还原产物为___________。
Ⅲ.“萃取和反萃取”
(6)“水相①”中的主要溶质是Na2SO4和________(写化学式)。
(7)实验室称取100g原料(含钴11.80%),反萃取时得到浓度为0.036mol·
L-1的CoCl2溶液5L,忽略损耗,钴的产率=______(产率=
)。
【答案】12h90℃SiO2(二氧化硅)2Co2O3+4H2SO4(浓)
4CoSO4+4H2O+O2↑2Na++6Fe3++4SO42-+12H2O
Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+2.0×
10-5Cu2S、SNiSO4钴的产率=
6.金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料,被誉为“未来金属”。
以钛铁矿(主要成分钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如下。
请回答下列问题。
(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2R+C═2Fe+2TiO2+CO2↑,钛酸亚铁的化学式为_______________;
钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4,反应中无气体生成,该反应的化学方程式为_____________________________________。
(2)上述生产流程中溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等阳离子。
常温下,其对应氢氧化物的Ksp如下表所示。
氢氧化物
Fe(OH)2
TiO(OH)2
Mg(OH)2
Ksp
8.0×
10-16
1.0×
10-29
1.8×
10-11
①常温下,若所得溶液中Mg2+的物质的量浓度为0.0018mol/L,当溶液的pH等于_______时,Mg(OH)2开始沉淀。
②若将含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀释,立即析出大量白色沉淀,该反应的离子方程式为___________________________________________________________。
(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的方程式为______________。
Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行,你认为还应该控制的反应条件是_________。
【答案】FeTiO3FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O10TiO2++2H2O═TiO(OH)2↓(或H2TiO3)+2H+TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO隔绝空气
7.CoCl2•6H2O是一种饲料营养强化剂。
可由水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含有少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取,其工艺流程如下:
①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等。
②流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表。
沉淀物
Fe(OH)3
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
2.7
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
9.6
9.2
5.2
9.8
③CoCl2•6H2O熔点为86℃,加热至110﹣120℃时,失去结晶水生成CoCl2。
(1)浸出水钴矿过程中,Fe2O3发生反应的化学方程式为________________________。
(2)向浸出液中加入适量NaClO3目的是______________________________________。
(3)“加Na2CO3调pH至a”,a的范围是______;
过滤所得沉淀的化学式为_________。
(4)萃取剂对金属离子的萃取与溶液pH的关系如下图所示,向“滤液”中加入该萃取剂的目的是_____,使用该萃取剂的最佳pH范围是_____(填选项字母,pH-萃取率见下)
A.5.0﹣5.5B.4.0﹣4.5C.3.0﹣3.5D.2.0﹣2.5
【答案】Fe2O3+Na2SO3+4HCl=2FeCl2+Na2SO4+2H2O将Fe2+氧化为Fe3+,易于除去铁元素5.2-7.6Fe(OH)3、Al(OH)3除去溶液中的Mn2+C
(1)根据流程可知,浸出水钴矿过程中,Fe2O3与Na2SO3和盐酸发生反应生成FeCl2、Na2SO4和水,反应的化学方程式为Fe2O3+Na2SO3+4HCl=2FeCl2+Na2SO4+2H2O;
8.Ⅰ.KAl(SO4)2·
12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。
实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。
(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用___(填标号)。
a.HCl溶液b.H2SO4溶液c.氨水d.NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为______________________。
(3)沉淀B的化学式为___
II.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:
(4)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是___________________________________。
(5)滤渣Ⅱ中含_________(填化学式)。
加入H2C2O4时应避免过量,原因是_____________。
Ksp(BaC2O4)=1.6×
10-7,Ksp(CaC2O4)=2.3×
10-9
【答案】d2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑Al(OH)3增大接触面积从而使反应速率加快Mg(OH)2、Ca(OH)2H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀,产品的产量减少
9.草酸钴可用于指示剂和催化剂的制备。
用水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O4·
2H2O工艺流程如下图所示:
①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;
②酸性条件下,ClO3-不会氧化Co2+,ClO3-转化为Cl-;
③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
完全沉淀的pH
(1)浸出过程中加入Na2SO3的主要目的是____。
(2)向浸出液中加入NaClO3的离子反应方程式:
(3)已知:
常温下NH3·
H2O
NH4++OH- Kb=1.8×
10-5
H2C2O4
H++HC2O4- Ka1=5.4×
10-2
HC2O4-
++C2O42- Ka2=5.4×
则该流程中所用(NH4)2C2O4溶液的pH____7(填“>”或“<”或“=”)。
(4)加入(NH4)2C2O4溶液后析出晶体,再过滤、洗涤,洗涤时可选用的试剂有____(填字母代号)。
A.蒸馏水B.自来水
C.饱和的(NH4)2C2O4溶液D.稀盐酸
(5)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1所示,萃取剂的作用是____;
其使用的适宜pH范围是____(填字母代号)。
A.2.0~2.5 B.3.0~3.5 C.4.0~4.5
(6)CoC2O4·
2H2O热分解质量变化过程如图2所示。
其中600℃以前是隔绝空气加热,600℃以后是在空气中加热。
A、B、C均为纯净物;
C点所示产物的化学式是____。
【答案】将Co3+还原为Co2+ClO3-+6Fe2++6H+===Cl-+6Fe3++3H2O<A除去溶液中的Mn2+BCo2O3
10.工业上用含锰废料(主要成分MnO2,含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)与烟气脱硫进行联合处理并制备MnSO4的流程如下:
25℃时,部分氢氧化物的溶度积常数(Ksp)如下表所示。
Cu(OH)2
1.3×
10-33
4.0×
10-38
2.2×
10-20
1.9×
10-14
请回答:
(1)沉淀1的化学式为__________________。
(2)室温下,调节pH为5。
试通过计算说明此时Al3+、Fe3+已沉淀完全,理由是_________。
“净化”时,加入(NH4)2S的作用为___________________。
(3)“酸化、还原”中,发生的所有氧化还原反应的离子方程式为__________________。
(4)已知:
滤液3中除MnSO4外,还含有少量(NH4)2SO4。
(NH4)2SO4、MnSO4的溶解度曲线如下图所示。
据此判断,操作“I”应为蒸发浓缩、____________、洗涤、干燥。
(5)工业上可用电解酸性MnSO4溶液的方法制备MnO2,其阳极反应式为________________。
(6)25.35gMnSO4·
H2O样品受热分解过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如下图所示。
1150℃时,反应的化学方程式为___________________。
。
【答案】CaSO4pH=5时,[Al3+]=1.3×
10-33/(10-9)3=1.3×
10-6<
×
10-5,说明Al3+已经沉淀完全。
Fe(OH)3的Ksp更小,因此Fe3+也已沉淀完全除去Cu2+MnO2+SO2=Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O趁热过滤Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+3MnO2
Mn3O4+O2↑
11.铬铁矿(FeCr2O4)中含有Al2O3、Fe2O3等杂质,以铬铁矿为原料制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程示意图如下(部分操作和条件略):
(1)铬铁矿(FeCr2O4)改写为氧化物的形式为___________________。
(2)反应①中发生了两个主要反应,其中一个主要反应的化学方程式为4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2
8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2;
另一个主要反应的化学方程式为______________________________。
(3)写出反应②中生成固体B的离子方程式为_________________________________。
(4)pH<
5时,发生反应有__________________(写离子方程式),Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7↓+2NaCl。
下表是相关物质的溶解度数据:
物质
溶解度
(g/100gH2O)
0℃
40℃
80℃
KCl
28
40.1
51.3
NaCl
35.7
36.4
38
K2Cr2O7
4.7
26.3
73
Na2Cr2O7
163
215
376
①加入KCl固体后经一系列操作析出K2Cr2O7晶体的理由是___________________________。
②获得K2Cr2O7晶体的操作由多步组成,依次是加入KCl固体、蒸发浓缩、________________、_____________、洗涤、干燥得到晶体。
(5)某种酒精测试仪中,K2Cr2O7在酸性条件下将乙醇氧化为乙酸,自身被还原为三价铬离子,该反应的氧化剂与还原剂的物质的量比为_________________。
(6)含铬废渣(废水)的随意排放对人类生成环境有极大的危害,电解法是处理铬污染的一种方法,电解时,在阴极区有Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀生成(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×
10—38,Ksp[Cr(OH)3]=6.0×
10—31)。
已知电解后的溶液中c(Cr3+)为3.0×
10—5mol/L,则溶液中c(Fe3+)为________________mol/L。
【答案】FeO·
Cr2O3Na2CO3+Al2O3
2NaAlO2+CO2↑AlO2—+CH3COOH+H2O=Al(OH)3↓+CH3COO—2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2OK2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小,且温度对氯化钠的溶解度影响较小,但对重铬酸钾的溶解度影响较大,利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾冷却结晶过滤2:
32.0×
10—12
12.重铬酸盐广泛用作氧化剂、皮革制作等。
以铬矿石(主要成分是Cr2O3,含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制取重铬酸钠的流程如下:
请回答下列问题:
(1)固体残渣主要是含________元素的氧化物。
(2)写出Cr2O3与纯碱在高温焙烧时反应的化学方程式_______________________。
(3)高温焙烧后粉碎的目的是________________,调节pH时形成的沉淀的成分是___________________。
(4)写出硫酸酸化使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7的离子方程式______________________。
(5)某工厂采用石墨电极电解Na2CrO4溶液,实现了Na2CrO4到Na2Cr2O7的转化,其原理如图所示。
写出阳极的电极反应式____________________。
(6)Na2Cr2O7可用于测定废水的化学耗氧量(即COD,指每升水样中还原性物质被氧化所需要O2的质量)。
现有某水样100.00mL,酸化后加入C1mol/L的Na2Cr2O7溶液V1mL,使水中的还原性物质完全被氧化(Cr2O72-还原为Cr3+);
再用C2mol/L的FeSO4溶液滴定剩余的Cr2O72-,结果消耗FeSO4溶液V2mL。
①该水样的COD为________________mg/L;
②假设上述反应后所得溶液中Fe3+和Cr3+的物质的量浓度均为0.1mol/L,要使Fe3+沉淀完全而Cr3+还未开始沉淀.则需调节溶液pH的范围是______________。
(可能用到的数据:
KSPFe(OH)3=4.0×
10-38,KSPCr(OH)3=6.0×
10-31,
,
)
【答案】铁2Cr2O3
+4Na2CO3
+3O2
4Na2CrO4+4