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微专题23　化工流程中适宜条件的选择与Ksp的应用
一、完整无机化工生产流程的结构
二、核心化学反应
1.作用
是整个工艺流程的核心部分,主要完成目标物质的转化,杂质离子的除去。
2.适宜条件的选择与控制反应条件的方法
(1)溶液酸碱性。
①抑制或促进离子产生沉淀,便于分离等。
②提供特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)。
③调节溶液酸碱性的方法。
a.能与H+反应,使溶液pH增大。
b.不引入新杂质。
如:要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)温度。
①升温——增大反应(溶解)速率;促进平衡向吸热方向移动;去除热稳定性差的物质或易升华的物质。
②降温——防止物质分解、挥发;使平衡向放热方向移动;使高沸点的物质液化,使其与其他物质分离;降低溶解度,减少损失。
③控温——水浴、沙浴、油浴——受热均匀,便于控制温度。
温度过高——速率太大;物质可能分解、挥发、水解;催化剂可能中毒;发生其他副反应等。
温度过低——速率可能太小;催化剂活性不高;物质转化率、产率不高等。
④趁热过滤:防止某物质降温时析出。
⑤冰水洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
(3)氧化。
①目的是完成离子的转化。
②氧化剂的选择根据转化的目的确定,尽量不带入新的杂质。
③常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等,通常选择的氧化剂有过氧化氢和氧气。
3.Ksp的应用
(1)计算物质分离、除杂所需控制的溶液pH、离子浓度等。
(2)判断废水排放是否符合标准。
(3)计算沉淀转化反应的平衡常数;判断一定条件下离子是否开始沉淀;确定离子的沉淀顺序等。
考向一　温度控制分析
1.TiO2·xH2O沉淀与H2O2溶液、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示:
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O 转化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时,TiO2·xH2O转化率最高的原因: 　。
2.(2021·福建卷,11节选)四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品,具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2,还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题。
(1)“焙烧”产生的气体用　　　　吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时,MoO3转化为Mo。提高单位时间内钼浸出率的措施有
(任写两种)。
温度对 90 min 内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后,钼的浸出率反而降低,主要原因是温度升高使水大量蒸发,导致 　。
(3)“沉淀”时,加入NH4NO3的目的是 　。
考向二　pH等反应条件的控制
3.工业上常回收冶炼锌废渣(含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质)中的锌,并用来生产ZnSO4·6H2O晶体,其工艺流程如图。
有关氢氧化物沉淀时的pH如下表。
氢氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Zn(OH)2
开始沉淀 的pH 3.3 1.5 6.5 5.4
沉淀完全 的pH 5.0 3.7 9.7 8.0
回答下列问题。
(1)在“除杂Ⅰ”步骤中,需再加入适量H2O2溶液的目的是 　。
(2)为使Fe3+、Al3+沉淀完全,而Zn2+不沉淀,应控制溶液的pH范围为　　　　　　。为控制上述pH范围可选择加入的试剂或药品是　　　　　　。
考向三　加入试剂作用及操作过程的综合分析
4.(2025·云南高考适应性考试)铜冶炼产生的铜渣是重要的二次矿产资源。从一种铜渣(主要含Fe2SiO4、Co2SiO4、CoFe2O4和SiO2及少量单质Cu、Co)中回收硅、铁、钴、铜的工艺如图:
已知:①H4SiO4易形成凝胶,难过滤,250 ℃时,易脱水。
②25 ℃时,相关物质的Ksp见下表。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Co(OH)2
Ksp 1×10-16.3 1×10-38.6 1×10-14.2
回答下列问题。
(1)“酸浸”前,采用　　　　　　　方法可提高酸浸效率(填一条即可)。
(2)“酸浸”时,有空气参与反应,Cu溶解的化学方程式为　 。
从环保角度考虑,不使用HNO3酸浸的原因可能是 　(填一条即可)。
(3)“高温固化”的作用是 　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“氧化”中可选用的最佳试剂X为　　　　(填字母)。
A.MnO2 B.H2O2 C.FeCl3
(5)25 ℃“碱沉1”中,pH≥　　　　时,Fe3+沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)。
(6)“滤液3”中可回收的盐主要有CoSO4和　　　　　　　　。
(7)水胆矾部分晶体结构如图。下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.Cu2+的杂化方式可能为sp3d2
B.S中心原子的孤电子对数为2
C.晶体中有离子键、配位键和氢键等化学键
考向四　化工流程中有关Ksp的计算
5.某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如图工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+
开始沉淀时(c=0.01 mol·L-1)的pH 7.2 3.7 2.2 7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5 mol·L-1)的pH 8.7 4.7 3.2 9.0
利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=　　　　　　　　(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是　　　　　　　。
考向五　综合解答
6.(2024·全国甲卷,26)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如图。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于或等于 10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题。
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是 　。
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是　 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和 c(Co2+) 均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)=　　　　mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离　　　　(填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为　　　　　　。
(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是　　　　　　。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0～5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为 　。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 　。
微专题23　化工流程中适宜条件的选择与Ksp的应用
[针对训练]
1.低于40 ℃,TiO2·xH2O转化率随温度的升高而增大;超过40 ℃,H2O2分解与NH3逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
2.【答案】 (1)氨水
(2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等(任写两种)　Na2MoO4晶体析出,混入浸渣
(3)提供N,使Mo充分转化为沉淀析出
【解析】 钼精矿(主要含MoS2,还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)通入氧气焙烧得到MoO3、CuO、Fe2O3、SiO2和SO2,焙烧产生的气体主要为SO2;MoO3、CuO、Fe2O3、SiO2加Na2CO3、H2O浸出,MoO3转化为Mo,铜、铁大多转化为氢氧化物,SiO2不反应,浸渣为SiO2、氢氧化铁、氢氧化铜等,浸出液含Mo和少量Cu2+、Fe2+,加(NH4)2S净化,Cu2+、Fe2+转化为CuS、FeS沉淀,滤渣为CuS、FeS,滤液主要含Mo,滤液中加NH4NO3、HNO3进行沉淀得到(NH4)2Mo4O13·2H2O。
(1)“焙烧”产生的气体为SO2,用氨水吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时,提高单位时间内钼浸出率即增大反应速率,措施有适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等;当浸出温度超过80 ℃后,钼的浸出率反而降低,主要原因是温度升高使水大量蒸发,导致Na2MoO4晶体析出,混入浸渣。
(3)由流程可知“沉淀”时,产生的沉淀为(NH4)2Mo4O13·2H2O,因此加入NH4NO3的目的是提供N,使Mo充分转化为沉淀析出。
3.【答案】 (1)将Fe2+氧化为Fe3+,便于形成 Fe(OH)3 而完全除去
(2)5.0≤pH<5.4　ZnO(或ZnCO3,合理即可)
【解析】 (2)依据表中数据分析,为使Fe3+、Al3+沉淀完全,而Zn2+不沉淀,应控制溶液的pH范围为5.0≤pH<5.4;为控制上述pH范围选择加入的试剂或药品不能引入新的杂质,应为含锌的氧化物或含锌的碳酸盐,如ZnO或ZnCO3等。
4.【答案】 (1)粉碎铜渣
(2)2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O　硝酸与铜反应会生成氮氧化物,氮氧化物会污染空气
(3)使H4SiO4脱水生成SiO2,便于除去
(4)B　(5)2.8　(6)(NH4)2SO4　(7)A
【解析】 铜渣加入稀硫酸酸浸,再高温固化将H4SiO4脱水生成SiO2,便于除去,加水浸取,滤液中有Fe2+、Cu2+、Co2+等离子,滤渣为SiO2,加入氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,氧化剂选择H2O2,不会引入杂质,加入氨水调节pH使Fe3+沉淀除去,滤渣2为Fe(OH)3,滤液中再加入氨水,使Cu2+转化为水胆矾,滤液3中有CoSO4和(NH4)2SO4。
(1)“酸浸”前,将铜渣粉碎,可以增大与酸的接触面积,从而提高酸浸效率。
(2)“酸浸”时,有空气参与反应,Cu与O2和H2SO4反应生成硫酸铜和水,反应的化学方程式为2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;从环保角度考虑,不使用HNO3酸浸的原因可能是硝酸与铜反应会生成氮氧化物,其会污染空气。
(3)H4SiO4易形成凝胶,难过滤,250 ℃时,易脱水,“高温固化”的作用是将H4SiO4脱水形成SiO2,易于分离除去。
(4)“氧化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,不能引入杂质,可选用的最佳试剂为H2O2,B符合题意。
(5)根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-38.6,c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1,得出c(OH-)=10-11.2 mol·L-1,c(H+)=10-2.8 mol·L-1,pH=2.8,pH≥2.8时,Fe3+沉淀完全。
(6)经过分析,滤液3中有CoSO4和(NH4)2SO4。
(7)由题图可知,水胆矾中Cu2+的配位数为6,应该形成6个杂化轨道,杂化方式sp3d2为6个杂化轨道,A正确;S中心原子的孤电子对数为=0,B错误;氢键不是化学键,C错误。
5.【答案】 0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2]　3.2～6.2
【解析】 由表格数据可知,Ni2+完全沉淀时的pH=8.7,此时c(Ni2+)=1.0×10-5 mol·L-1,
c(H+)=10-8.7 mol·L-1,则c(OH-)== mol·L-1=108.7-14 mol·L-1,则 Ni(OH)2 的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2,或者当Ni2+开始沉淀时pH=7.2,此时c(Ni2+)=
0.01 mol·L-1,c(H+)=10-7.2 mol·L-1,则 c(OH-)== mol·L-1=107.2-14 mol·L-1,则Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为 1.0 mol·L-1,为避免镍离子沉淀,此时c(OH-)< = mol·L-1=10-7.8 mol·L-1,则c(H+)>= mol·L-1=10-6.2 mol·L-1,即pH<6.2,同时应调节pH≥3.2以除去Fe3+,因此“调节pH”应控制的pH范围是3.2～6.2。
6.【答案】 (1)增大固体与酸反应的接触面积,提高钴元素的浸出效率
(2)CoO+H2SO4CoSO4+H2O
(3)1.6×10-4　不能
(4)4.0 mol
(5)Fe(OH)3
(6)2Co2++5ClO-+5H2O2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO
(7)用NaOH调节滤液pH至8.5左右,过滤,将沉淀洗涤、干燥
【解析】 炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质,经稀硫酸酸浸时,铜不溶解,Zn及其他+2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外,其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液;然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀;过滤后,滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去,同时亚铁离子也被氧化为铁离子;再次过滤后,用氢氧化钠调节pH=4,铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去;第三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴,得到Co(OH)3。
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是增大固体与酸反应的接触面积,提高钴元素的浸出
效率。
(2)“酸浸”步骤中,Cu不溶解,Zn及其他+2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外,其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液,即CoO转化为 CoSO4,反应的化学方程式为CoO+H2SO4CoSO4+H2O。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和 c(Co2+) 均为 0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(S2-)= mol·L-1=2.5×10-17 mol·L-1,则 c(Co2+)= mol·L-1=1.6×10-4 mol·L-1,c(Co2+) 小于0.10 mol·L-1,说明大部分Co2+也转化为硫化物沉淀,据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。
(4)“沉锰”步骤中,Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去,发生的反应为S2+Mn2++2H2OMnO2↓+4H++2S,因此,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为4.0 mol。
(5)“沉锰”步骤中,S2同时将Fe2+氧化为Fe3+,“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4,Fe3+可以完全转化为Fe(OH)3沉淀,因此,分离出的滤渣是Fe(OH)3。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0～5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,为了保证Co2+被完全氧化,NaClO要适当过量,其反应的离子方程式为2Co2++5ClO-+5H2O2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO。
(7)根据题图中信息,Zn2+完全沉淀为Zn(OH)2的pH略大于8,当pH过大时Zn(OH)2会溶解生成[Zn(OH)4]2-,考虑经济效益,因此应调节滤液pH约为8.5,然后过滤,将沉淀洗涤、干燥,实现 Zn(OH)2的回收。
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化工流程中适宜条件的选择与Ksp的应用
微专题23
一、完整无机化工生产流程的结构
二、核心化学反应
1.作用
是整个工艺流程的核心部分,主要完成目标物质的转化,杂质离子的除去。
2.适宜条件的选择与控制反应条件的方法
(1)溶液酸碱性。
①抑制或促进离子产生沉淀,便于分离等。
②提供特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)。
③调节溶液酸碱性的方法。
a.能与H+反应,使溶液pH增大。
b.不引入新杂质。
如:要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)温度。
①升温——增大反应(溶解)速率;促进平衡向吸热方向移动;去除热稳定性差的物质或易升华的物质。
②降温——防止物质分解、挥发;使平衡向放热方向移动;使高沸点的物质液化,使其与其他物质分离;降低溶解度,减少损失。
③控温——水浴、沙浴、油浴——受热均匀,便于控制温度。
温度过高——速率太大;物质可能分解、挥发、水解;催化剂可能中毒;发生其他副反应等。
温度过低——速率可能太小;催化剂活性不高;物质转化率、产率不高等。
④趁热过滤:防止某物质降温时析出。
⑤冰水洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
(3)氧化。
①目的是完成离子的转化。
②氧化剂的选择根据转化的目的确定,尽量不带入新的杂质。
③常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等,通常选择的氧化剂有过氧化氢和氧气。
3.Ksp的应用
(1)计算物质分离、除杂所需控制的溶液pH、离子浓度等。
(2)判断废水排放是否符合标准。
(3)计算沉淀转化反应的平衡常数;判断一定条件下离子是否开始沉淀;确定离子的沉淀顺序等。
针对训练
考向一　温度控制分析
1.TiO2·xH2O沉淀与H2O2溶液、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示:
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O 转化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时,TiO2·xH2O转化率最高的原因:

　 。
低于40 ℃,TiO2·xH2O转化率随温度的升高而增大;超过40 ℃,H2O2分解与NH3逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
2.(2021·福建卷,11节选)四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品,具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2,还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题。
(1)“焙烧”产生的气体用　　　　吸收后可制取氮肥。
氨水
适当升温、
搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等
Na2MoO4晶体析出,混入
浸渣
【解析】 (2)“浸出”时,提高单位时间内钼浸出率即增大反应速率,措施有适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等;当浸出温度超过
80 ℃后,钼的浸出率反而降低,主要原因是温度升高使水大量蒸发,导致Na2MoO4晶体析出,混入浸渣。
(3)“沉淀”时,加入NH4NO3的目的是 　 。
考向二　pH等反应条件的控制
3.工业上常回收冶炼锌废渣(含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质)中的锌,并用来生产ZnSO4·6H2O晶体,其工艺流程如图。
有关氢氧化物沉淀时的pH如下表。
氢氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Zn(OH)2
开始沉淀的pH 3.3 1.5 6.5 5.4
沉淀完全的pH 5.0 3.7 9.7 8.0
回答下列问题。
(1)在“除杂Ⅰ”步骤中,需再加入适量H2O2溶液的目的是
　 。
(2)为使Fe3+、Al3+沉淀完全,而Zn2+不沉淀,应控制溶液的pH范围为
　　　　　　　　 　。为控制上述pH范围可选择加入的试剂或药品是
　　　 　。
将Fe2+氧化为Fe3+,便
于形成 Fe(OH)3 而完全除去
5.0≤pH<5.4
ZnO(或ZnCO3,合理即可)
【解析】 (2)依据表中数据分析,为使Fe3+、Al3+沉淀完全,而Zn2+不沉淀,应控制溶液的pH范围为5.0≤pH<5.4;为控制上述pH范围选择加入的试剂或药品不能引入新的杂质,应为含锌的氧化物或含锌的碳酸盐,如ZnO或ZnCO3等。
考向三　加入试剂作用及操作过程的综合分析
4.(2025·云南高考适应性考试)铜冶炼产生的铜渣是重要的二次矿产资源。从一种铜渣(主要含Fe2SiO4、Co2SiO4、CoFe2O4和SiO2及少量单质Cu、Co)中回收硅、铁、钴、铜的工艺如图:
已知:①H4SiO4易形成凝胶,难过滤,250 ℃时,易脱水。
②25 ℃时,相关物质的Ksp见下表。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Co(OH)2
Ksp 1×10-16.3 1×10-38.6 1×10-14.2
回答下列问题。
(1)“酸浸”前,采用　　　　　　　方法可提高酸浸效率(填一条即可)。
粉碎铜渣
【解析】 铜渣加入稀硫酸酸浸,再高温固化将H4SiO4脱水生成SiO2,便于除去,加水浸取,滤液中有Fe2+、Cu2+、Co2+等离子,滤渣为SiO2,加入氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,氧化剂选择H2O2,不会引入杂质,加入氨水调节pH使Fe3+沉淀除去,滤渣2为Fe(OH)3,滤液中再加入氨水,使Cu2+转化为水胆矾,滤液3中有CoSO4和(NH4)2SO4。
(1)“酸浸”前,将铜渣粉碎,可以增大与酸的接触面积,从而提高酸浸效率。
(2)“酸浸”时,有空气参与反应,Cu溶解的化学方程式为
　。
从环保角度考虑,不使用HNO3酸浸的原因可能是
　 (填一条即可)。
2CuSO4+2H2O
硝酸与铜反应会生成氮氧
化物,氮氧化物会污染空气
(3)“高温固化”的作用是 　 　　　　　　　　　　　　　。
使H4SiO4脱水生成SiO2,便于除去
【解析】 (3)H4SiO4易形成凝胶,难过滤,250 ℃时,易脱水,“高温固化”的作用是将H4SiO4脱水形成SiO2,易于分离除去。
(4)“氧化”中可选用的最佳试剂X为　　　　(填字母)。
A.MnO2 B.H2O2 C.FeCl3
B
【解析】 (4)“氧化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,不能引入杂质,可选用的最佳试剂为H2O2,B符合题意。
(5)25 ℃“碱沉1”中,pH≥　　　　时,Fe3+沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)。
2.8
【解析】 (5)根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-38.6,c(Fe3+)=1×
10-5 mol·L-1,得出c(OH-)=10-11.2 mol·L-1,c(H+)=10-2.8 mol·L-1,pH=2.8,pH≥2.8时,Fe3+沉淀完全。
(6)“滤液3”中可回收的盐主要有CoSO4和　　　　　　。
(NH4)2SO4
【解析】 (6)经过分析,滤液3中有CoSO4和(NH4)2SO4。
A
考向四　化工流程中有关Ksp的计算
5.某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如图工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+
开始沉淀时(c=0.01 mol·L-1)的pH 7.2 3.7 2.2 7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5 mol·L-1)的pH 8.7 4.7 3.2 9.0
利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=　　　　 　　　　(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是　　　　　。
0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2]
3.2~6.2
考向五　综合解答
6.(2024·全国甲卷,26)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如图。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于或等于 10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题。
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是
　 。
增大固体与酸反应的接触面积,提高钴元素的浸出
【解析】 炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质,经稀硫酸酸浸时,铜不溶解,Zn及其他+2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外,其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液;然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀;过滤后,滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去,同时亚铁离子也被氧化为铁离子;再次过滤后,用氢氧化钠调节pH=4,铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去;第三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴,得到Co(OH)3。
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是增大固体与酸反应的接触面积,提高钴元素的浸出
效率。
效率
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是　 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和 c(Co2+) 均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)=　　　　mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离　　　　(填“能”或“不能”)。
1.6×10-4
不能
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为　　　　　　。
4.0 mol
(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是　　　　　。
Fe(OH)3
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为 　 　　　　　　　　　。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是
　 。
用NaOH
调节滤液pH至8.5左右,过滤,将沉淀洗涤、干燥
【解析】 (7)根据题图中信息,Zn2+完全沉淀为Zn(OH)2的pH略大于8,当pH过大时Zn(OH)2会溶解生成[Zn(OH)4]2-,考虑经济效益,因此应调节滤液pH约为8.5,然后过滤,将沉淀洗涤、干燥,实现 Zn(OH)2的回收。

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