热点强化练17 化工流程中生产条件的选择和溶度积的应用.docx

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热点强化练17化工流程中生产条件的选择和溶度积的应用

热点强化练17　化工流程中生产条件的选择和溶度积的应用

1．（2020·安徽马鞍山高三三模）工业上利用软锰矿（主要成分是MnO2，还含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素的氧化物）进行烟气脱硫，并制备MnSO4和Mg（OH）2的工艺流程如下图所示。

（1）“沉锰”过程中pH和温度对Mn2＋和Mg2＋沉淀率的影响如下图所示。

①由图可知，“沉锰”的合适条件是_____________________________

________________________________________________________。

②当温度高于45℃时，Mn2＋沉淀率减小的原因是_____________________________________________________

______________________________________________________。

（2）“沉镁”中MgSO4溶液的浓度为0.03mol·L－1，加入某浓度氨水至溶液体积增加1倍时，恰好使Mg2＋完全沉淀即溶液中c（Mg2＋）＝1.0×10－5mol·L－1，此时溶液中NH3·H2O的物质的量浓度为　　　　mol·L－1（计算结果保留2位小数。

已知：

Ksp[Mg（OH）2]＝4.9×10－12，Kb（NH3·H2O）＝1.8×10－5）。

答案　

（1）①45℃、pH＝7.5　②随着温度升高，NH4HCO3分解（或NH3·H2O分解挥发）　

（2）1.17

解析　软锰矿的主要成分是MnO2，还含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素，均以氧化物的形式存在，SiO2、MnO2与硫酸不反应，硫酸酸化的软锰矿浆中含有Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋和SiO2、MnO2，通入含有SO2的烟气，二氧化硫与软锰矿浆中的MnO2作用生成Mn2＋和SO，过滤后形成含有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋、SO等的浸出液，二氧化硅不反应经过滤成为滤渣1，向浸出液中加入MnO2，将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水，调节pH值，使Fe3＋、Al3＋形成Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀除去，再向浸出液中加入硫化铵把Zn2＋、Ni2＋转化为NiS和ZnS沉淀除去，过滤后得到的滤渣2为NiS和ZnS，向过滤后的滤液中加入氨水和碳酸氢铵，得到碳酸锰和含有Mg2＋的溶液，向碳酸锰中加入硫酸得到硫酸锰，向含有Mg2＋的溶液通入氨气，得到氢氧化镁。

（1）①由图可知，“沉锰”的合适条件是：

温度控制在45℃左右，pH＝7.5左右锰离子的沉淀率最高；②当温度高于45℃时，Mn2＋和Mg2＋沉淀率变化的原因是：

沉锰是要加入碳酸氢铵，铵盐受热易分解，当温度高于45℃时，随着温度升高，NH4HCO3分解（或NH3·H2O分解挥发），c（CO）下降，所以Mn2＋沉淀率下降；

（2）“沉镁”中MgSO4溶液的浓度为0.03mol·L－1，加入某浓度氨水至溶液体积增加1倍时，MgSO4溶液的浓度减半为0.015mol·L－1，恰好使Mg2＋完全沉淀即溶液中c（Mg2＋）＝1.0×10－5mol·L－1，Ksp[Mg（OH）2]＝c（Mg2＋）×c2（OH－）＝4.9×10－12，c2（OH－）＝＝＝4.9×10－7，c（OH－）＝7×10－4mol·L－1，NH3通入0.015mol·L－1MgSO4溶液中，Mg2＋恰好完全沉淀时生成硫酸铵，c（NH）＝2c（SO）＝2×0.015mol/L＝0.03mol/L，一水合氨是弱电解质，电离方程式为：

NH3·H2ONH＋OH－，Kb（NH3·H2O）＝＝＝1.8×10－5，则NH3·H2O的物质的量浓度为≈1.17mol/L。

2．（2020·山东日照高三一模）铋（83号元素）主要用于制造合金，铋合金具有凝固时不收缩的特性，用于铸造印刷铅字和高精度铸型。

湿法提铋新工艺以氧化铋渣（主要成分为Bi2O3，含有PbO、Ag2O、CuO杂质）为原料提Bi的工艺流程如下：

已知：

Ⅰ.BiOCl不溶于水，加热至700℃就分解生成BiCl3，BiCl3的沸点为447℃。

Ⅱ.25℃时，Ksp[Cu（OH）2]＝1.2×10－20；Ksp（PbCl2）＝1.17×10－5。

（1）“浸出”时，在盐酸浓度0.75mol·L－1、浸出温度70℃、浸出时间2h及不同浸出液固比条件下进行浸出实验，浸出率与液固比的关系如图所示，最合适的液固比应选　　　　。

（2）“沉铜”时，向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH，促进Cu2＋水解生成Cu3（OCl）2，则此过程中Cu2＋水解的离子方程式为__________________

________________________________________________________。

若“滤液Ⅱ”中c（Cu2＋）为0.01mol·L－1，当加入等体积的NaOH溶液时，pH恰好为6，出现沉淀Cu（OH）2，此时Cu2＋的去除率为　　　　（忽略溶液体积变化）。

答案　

（1）3　

（2）3Cu2＋＋2H2O＋2Cl－===Cu3（OCl）2↓＋4H＋　97.6%

解析　

（1）由图像可知，液固比为3、4时铋的浸出率较高，以节约原料为原则，液固比为3时最为合适；

（2）“沉铜”时，向滤液Ⅱ中加入NaOH溶液调节pH，促进Cu2＋水解生成Cu3（OCl）2，反应的离子方程式为：

3Cu2＋＋2H2O＋2Cl－===Cu3（OCl）2↓＋4H＋，加入等体积的NaOH溶液时，pH＝6，溶液中c（H＋）＝10－6mol·L－1，则c（OH－）＝10－8mol·L－1，由于Ksp[Cu（OH）2]＝c（Cu2＋）·c2（OH－），则c（Cu2＋）＝0.00012mol/L，n（Cu2＋）＝0.00012mol/L×2VL＝0.00024Vmol，则去除的Cu2＋的物质的量为0.01Vmol－0.00024Vmol＝0.00976Vmol，Cu2＋的去除率为×100%＝97.6%。

3．（2020·湖北襄阳市多校联考）二次电池锂离子电池广泛应用于手机和电脑等电子产品中。

某常见锂离子电池放电时电池的总反应为：

Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6（x<1）。

2018年中国回收了全球可回收锂离子电池总量的69%。

但现阶段我国废旧电池回收仍属于劳动密集型产业，效率仍需提高。

一种回收该锂离子电池中的锂和钴的流程：

已知：

①Na2S2O3是一种中等强度的还原剂，遇强酸分解

②Li2CO3溶解度随温度升高而减小

（1）控制氢离子浓度为4mol/L，反应温度90℃，测得相同时间内离子的浸出率与Na2S2O3溶液的变化关系如图。

则酸浸时应选用浓度为　　　　mol/L的Na2S2O3溶液。

Na2S2O3溶液浓度增至0.3mol/L时，LiCoO2的浸出率明显下降，可能的原因是_________________________________________________________

__________________________________（用化学方程式结合文字说明）

（2）已知15℃左右Li2CO3的Ksp为3.2×10－2，该温度下Li2CO3的溶解度约为　　　　g。

将萃取后的Li2SO4溶液加热至95℃，加入饱和Na2CO3溶液，反应10min，　　　　　　　　（填操作）得Li2CO3粉末。

答案　

（1）0.25　Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反应中产生硫单质，附着在固体表面阻止反应进行

（2）1.48　趁热过滤、洗涤、干燥

解析　

（1）通过酸浸，加入Na2S2O3溶液，将Cu、Al、Ni与Li、Co分离，提高Li、Co离子的浸出率，当Li、Co离子的浸出率最高时，Na2S2O3溶液的浓度为0.25mol/L；Na2S2O3溶液浓度增至0.3mol/L时，Na2S2O3是一种中等强度的还原剂，遇强酸分解，发生反应为：

Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反应中产生硫单质，附着在固体表面阻止反应进行，导致LiCoO2的浸出率明显下降；

（2）溶解度是指一定温度下达到饱和时，100g水中溶解溶质的质量，15℃左右，100g水的体积100mL，根据Li2CO32Li＋＋CO，c（Li＋）＝2c（CO），Ksp（Li2CO3）＝c2（Li＋）×c（CO）＝[2c（CO）]2×c（CO）＝4[c（CO）]3＝3.2×10－2，c（CO）＝＝＝0.2（mol/L），则溶解的Li2CO3的物质的量＝0.2mol/L×0.1L＝0.02mol，溶解的Li2CO3的质量＝0.02mol×74g/mol＝1.48g；将萃取后的Li2SO4溶液加热至95℃，加入饱和Na2CO3溶液，反应10min，Li2CO3溶解度随温度升高而减小，应趁热过滤，洗涤，干燥获得Li2CO3粉末。

4．（2020·河北衡水中学高三联考）我国黄铜矿的储量比较丰富，主要产地集中在长江中下游地区、川滇地区、山西南部、甘肃的河西走廊以及西藏高原等地。

黄铜矿是一种铜铁硫化物矿物，外观黄铜色，主要成分是CuFeS2，还含有少量的SiO2和Ni、Pb、Ag、Au等元素。

为实现黄铜矿的综合利用，设计了如下的工艺流程。

已知：

①a、b、c均为整数；②CuCl＋2Cl－CuCl。

废电解液中含有少量的Pb2＋，从废电解液中除去Pb2＋的方法是往其中通入H2S至饱和，使Pb2＋转化为硫化物沉淀，若废电解液的pH＝4，为保证不生成NiS沉淀，Ni2＋浓度应控制在　　　　以下。

[已知：

饱和H2S溶液中c（H2S）为0.1mol/L，H2S的电离常数Ka1＝1.0×10－7，Ka2＝2.0×10－15，Ksp（NiS）＝1.4×10－16]

答案　0.07mol/L

解析　本题中存在两个流程，第一个流程目的是以黄铜矿为原料生产碱式氯化铜，黄铜矿（主要含CuFeS2及少量Fe2O3、SiO2等），加入稀盐酸酸浸，SiO2不溶于稀盐酸，溶液中浸出Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋等离子，加入H2O2溶液，酸性条件下H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水调节溶液pH，使Fe3＋形成Fe（OH）3沉淀除去Fe3＋，进行操作Ⅰ过滤，得到SiO2、Fe（OH）3滤渣，溶液中则存在Cu2＋为主，还存在SO，加入Cu和NaCl溶液，反应生成CuCl沉淀，经过操作Ⅱ过滤得到CuCl（s）和滤液，加入H2O和O2发生反应Ⅲ，得到碱式氯化铜；第二个流程中先将黄铜矿隔绝空气焙烧，得到Cu2S和FeS等，加入石英砂通入空气焙烧，生成Cu2O、Cu，熔渣为Fe2O3等，Cu2O、Cu与铝在高温下发生铝热反应得到粗铜，电解可得到精铜。

饱和H2S溶液中c（H2S）为0.1mol/L，溶液pH＝4，则溶液中c（H＋）＝10－4mol/L，根据Ka1＝＝1.0×10－7，可解得c（HS－）约为10－4mol/L，根据Ka2＝＝2.0×10－15，解得溶液中c（S2－）约为2.0×10－15mol/L，Ksp（NiS）＝1.4×10－16＝c（Ni2＋）·c（S2－），所以为保证不生成NiS沉淀，Ni2＋浓度应小于＝mol·L－1＝0.07mol·L－1。

5．（2020·湖北黄冈中学高三测试）2019年诺贝尔化学奖授予锂离子电池的发明者，锂离子电池是目前应用广泛的一类电池。

以钛铁矿（主要成分为FeTiO3，含有少量MgO、Fe2O3、SiO2等杂质）为原料，制备锂离子电池电极材料的工艺流程如图所示：

已知：

①滤液1中含Ti微粒的主要存在形式为TiO2＋；

②Ksp（FePO