高考化学 化工流程全突破 专题06 化工流程题中有关溶度积计算知识讲解.docx

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高考化学化工流程全突破专题06化工流程题中有关溶度积计算知识讲解

专题06化工流程题中有关溶度积计算专练

一.难溶电解质的溶解平衡

1．溶解度和溶解性：

难溶电解质和易溶电解质之间并无严格的界限，溶解度小于0.01g的称为难溶电解质，离子相互反应生成难溶电解质，可以认为是完全反应。

在20℃时电解质的溶解性与溶解度的关系如下：

溶解性

易溶

可溶

微溶

难溶

溶解度

>10g

1-10g

1-0.1g

<0.01g

2．根据对溶解度及反应限度、化学平衡原理的认识，说明生成沉淀的离子反应是否真正能进行到底？

AgCl在溶液中存在两个过程，一方面，在水分子作用下，少量Cl-、Ag＋脱离AgCl表面溶入水中；另一方面，溶液中的Cl-、Ag＋受AgCl表面阴、阳离子的静电作用，回到AgCl的表面析出晶体。

一定温度下，AgCl饱和溶液建立下列动态平衡的反应式：

AgCl（s）Cl-（aq）＋Ag＋（aq），沉淀、溶解之间由于动态平衡的存住，决定了沉淀反应不能完全进行到底。

3．溶解平衡的特征：

逆：

溶解平衡是一个可逆过程。

等：

溶解速率和沉淀速率相等。

动：

溶解速率和沉淀速率相等，但不为0。

定：

平衡状态时，溶液中各种离子的浓度保持一定。

变：

当外界条件改变，溶解平衡发生移动。

【名师点拨】难溶强电解质的电离方程式用“=”，如：

AgCl溶解平衡：

AgCl（s）Cl-（aq）＋Ag＋（aq）；电离平衡：

AgCl＝Cl-＋Ag＋

4.影响平衡的因素：

影响因素

沉淀溶解平衡

电离平衡

内因

电解质本身的性质

外

因

温度

温度升高，多数溶解平衡向溶解的方向移动

温度升高正向移动

稀释

向溶解的方向移动

正向移动

同离子效应

加入相同离子，向生成沉淀的方向移动

逆向移动

二.溶度积（Ksp）

1.概念：

一定温度下，难溶电解质在饱和溶液中各离子浓度幂的乘积是一个常数，这个常数称为该难溶电解质的溶度积，用符号Ksp表示。

2.表达式：

对于沉淀溶解平衡：

MmAn（s）mMn+（aq）+nAm-（aq），

溶度积常数：

Ksp=c（Mn+）mc（Am-）n

3.溶度积规则：

比较Ksp与溶液中有关离子浓度幂的乘积（离子积Qc）判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。

Qc＞Ksp时，生成沉淀；

Qc＝Ksp时，达到溶解平衡；

Qc＜Ksp时，沉淀溶解。

4.影响溶度积的因素：

Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，而与沉淀的量无关，并且溶液中的离子浓度的变化能使平衡移动，并不改变Ksp。

5.溶度积的物理意义：

Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。

当化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大则难溶电解质在水中的溶解能力越强。

但对化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比不相同的电解质，则不能直接由它们的溶度积来比较溶解能力的大小，必须通过具体计算确定。

6.难溶电解质的溶度积以及溶解能力的比较

沉淀溶解平衡

Ksp（18～25℃）

溶解能力比较

AgCl（s）Cl-（aq）＋Ag＋（aq）

1.8×10-10mol2.L-2

AgCl>AgBr>AgI

AgBr（s）Br-（aq）＋Ag＋（aq）

5.0×10-13mol2.L-2

AgI（s）I-（aq）＋Ag＋（aq）

8.3×10-17mol2.L-2

Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）＋2OH-（aq）

1.8×10-11mol3.L-3

Mg（OH）2>Cu（OH）2

Cu（OH）2（s）Cu2+（aq）＋2OH-（aq）

2.2×10-20mol3.L-3

典例1钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料，其制备工艺流程如下图所示：

（1）镁的碳化物常见的有MgC2和Mg2C3两种，它们均极易与水发生反应。

写出MgC2发生水解反应的化学方程式：

_____；Mg2C3的电子式为_____。

（2）“混合溶液”环节，钛元素在不同pH下主要以种形式存在，如上图所示。

实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.5～3之间，再进行“沉淀”，则上图中曲线a对应钛的形式为______填化学符号）；写出“沉淀”时的离子方程式：

_____。

（3）草酸氧钛钡晶体经蒸馏水数次洗涤后，证明它已被洗涤干净的实验方案为_____。

（4）工业上TiCl4和BaCO3通常用如下方法制备：

①先将金红石（TiO2）与过量焦炭混合，再通入Cl2）并加热到900℃制取TiCl4。

请写出该法制备TiCl4的化学方程式：

_____。

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）。

【答案】

（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+2Cl2TiCl4+2CO（7）2.58×10-4

典例2氯化铁和高铁酸钾都是常见的水处理剂。

某兴趣小组以铁屑为原料模拟工业上制备氯化铁及进一步氧化制备高铁酸钾的流程如下：

请回答下列问题：

（1）“氧化”阶段通入过量空气比用氯气作氧化剂具有的优点是________________。

（2）“合成”阶段生成Na2FeO4的离子方程式为__________________________________。

（3）为了检验“氧化”过程中所得溶液中是否含有Fe2+，某同学取少量溶液于试管中，选用下列试剂可以达到目的的是_______（填字母）。

a.KSCN 溶液    b.NaOH 溶液    c.K3[Fe（CN）6]溶液   d.苯酚溶液e.酸性KMnO4溶液

（4）过程①制取FeCl3固体的具体操作步骤是___________。

若使6.5mol/LFeCl3饱和溶液不析出Fe（OH）3，需控制溶液的pH 小于_______{已知该实验条件下，Ksp[（Fe（OH）3]=6.5×10-36，Kw=1.1×10-13}

（II）以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]，装置如图所示。

（1）收集到（CH3）4NOH的区域是______（填a、b、c或d）。

（2）写出电解池总反应（化学方程式）___________________________ 。

【答案】选用通入空气经济、而氯气有毒，污染环境

2Fe3++3ClO-+10OH-==2FeO42-+3C1-+5H2Oc在HCl气流中蒸发FeCl3 溶液制取FeCl3  1d2（CH3）4NCl+2H2O2（CH3）4NOH+H2↑+Cl2↑

典例3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+7O28Na2CrO4+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+Al2O32NaAlO2+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

所以c（Fe3＋）=×c（Cr3+）=×3.0×10-5mol/L=2.0×10-12mol/L，故答案为：

2.0×10-12。

典例4铬元素及其化合物在生产、生活中具有广泛的用途。

以某铬矿石（主要成分是Cr2O3，含FeO、SiO2等杂质）为原料生产Cr2O3的流程如下：

已知：

主要反应是：

2Cr2O3+4Na2CO3+3O24Na2CrO4+4CO2

Cr2+H2O2Cr+2H+，Ksp[Cr（OH）3]=6.4×10－31，lg2=0.3

（1）Cr（OH）3和Al（OH）3性质类似，则Cr（OH）3与KOH反应的离子方程式为：

_______；

（2）步骤⑤中为了使Cr3+完全沉淀[此时，c（Cr3+）≤10－5mol·L－1]，pH至少调至_____；

（3）滤液3中的主要溶质是两种盐，化学式为_____、________；

（4）CrO3的热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度的变化如图所示，则B点时剩余Cr的氧化物化学式为_____________。

【答案】Cr（OH）3+OH－＝CrO2－+2H2O5.6（NH4）2SO4Na2SO4Cr2O3

100g×76%=76g，Cr的质量没有变，所以生成物中Cr的质量为52g，氧元素的质量为16，两者的个数比为=2：

3，所以B点时剩余固体的成分是Cr2O3．

典例5高铁酸钾是一种新型绿色氧化剂，制备高铁酸钾的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①中NaClO作______（填“氧化剂”“还原剂”或“催化剂”）。

（2）步骤②脱除的盐除NaNO3外，还有____________（填化学式）。

（3）步骤③是利用溶解度的不同进行的操作。

则溶解度：

Na2FeO4_____（填“>”或“<”）K2FeO4。

（4）本次实验中K2FeO4的产率为___________