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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 PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
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)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
开始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
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。
答案　(1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)　反应PbSO4(s)＋CO(aq)??PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3
(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)??BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈0.04 105，反应正向进行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋　(ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O　(ⅲ)作还原剂
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3　(5)Ba2＋、Na＋
解析　(1)“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子方程式为PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8，反应PbSO4(s)＋CO(aq)??PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝＝≈3.4×105>105，说明反应可以转化的比较彻底，且转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)??BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝＝≈0.04 105，说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化。(3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)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，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子分别转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。
例2　(2023·山东，17)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO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＋H2O??H＋＋－(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0.10 mol·L－1硼砂溶液中，2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和－，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2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中CO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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)[B4O5(OH)4]2－＋5H2O??2B(OH)3＋2[B(OH)4]－　9.24　(2)Mg(OH)2、CaSO4　5.5×10－3　Na2CO3、CaO　(3)加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度　盐酸　浓缩液中因CO浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小
解析　(2)精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，由Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2可知，则常温下精制Ⅱ过程中CO浓度应控制在 mol·L－1＝5.5×10－3 mol·L－1以下。(3)精制Ⅰ中，加入CaO，由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2＋，还需要除去Ca2＋，因此，精制Ⅱ的目的是加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸。
1．实验小组设计实验除去粗盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO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－1
B．加入Na2CO3溶液仅发生反应：Ba2＋＋CO===BaCO3↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓
C．加入盐酸发生的反应是2H＋＋CO===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O
D．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
答案　B
解析　常温时，调节溶液的pH＞12，则氢氧根离子浓度大于10－2 mol·L－1，则滤液中c(Mg2＋)＜＝5.6×10－8 mol·L－1<1×10－5 mol·L－1，A正确；由题意可知，加入过量饱和Na2CO3溶液还会存在部分硫酸钡转化为碳酸钡，故还有反应：BaSO4(s)＋CO(aq)===BaCO3(s)＋SO(aq)，B错误；加入稀盐酸除去过量氢氧化钠、碳酸钠，故加入盐酸发生的反应是2H＋＋CO===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O，C正确；流程中加入过量饱和碳酸钠溶液会将部分硫酸钡转化为碳酸钡沉淀，同时生成硫酸根离子，故步骤①加入BaCl2溶液后进行过滤，可以避免白色沉淀M的生成，D正确。
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SiO2
B．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MnO＋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＝2.5×1011
D．沉锌后的母液中可回收利用的物质有K2SO4、(NH4)2SO4
答案　A
解析　原料锌灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)中，SiO2不与酸反应，PbO被硫酸转化为难溶的PbSO4，其余完全变成相应的硫酸盐进入溶液，滤渣Ⅰ为硫酸铅和SiO2。加入高锰酸钾氧化硫酸亚铁，其自身被还原为MnO2，硫酸亚铁最终转化为氢氧化铁，滤渣Ⅱ为MnO2、Fe(OH)3，试剂a用来除掉溶液中的铜离子。加入碳酸氢铵得到ZnCO3和Zn(OH)2，加入H3PO4得到Zn3(PO4)2·4H2O。反应ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝＝＝＝2.5×1011，C正确。
3．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)2??CoA2·(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≤1×10－6 mol·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(HF)＝3.5×10－4]
(3)萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂(HA)2，实验测得Co2＋萃取率随pH的变化如图所示。向萃取所得有机相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是________________________________。
②Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是_________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)6Fe2＋＋ClO＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(2)①0.01　②pH偏低，氢离子浓度过大导致氟离子和氢离子结合成HF分子
(3)①实现Co2＋的提取和富集　②随着pH升高，氢离子浓度减小，Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋平衡正向移动，导致Co2＋萃取率升高；若pH过高，则Co2＋转化为Co(OH)2沉淀，导致Co2＋萃取率下降
解析　(2)①Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，则氟化钙溶解度更大，钙离子除尽需要保证氟离子浓度至少为＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1。(3)①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是将Co2＋从滤液中提取到有机层中，然后分液后再反萃取到水层中，实现Co2＋的提取和富集。
(选择题1～5题，每小题6分，共30分)
1．化工行业常用硒(Se)作催化剂，该催化剂具有反应条件温和、成本低、环境污染小、用后处理简便等优点。以铜阳极泥(主要成分为Cu2Se、Ag2Se，还含有少量Ag、Au、Pt等)为原料制备纯硒的工艺流程如图。
已知：①“净化除杂”时采用真空蒸馏的方法提纯硒(沸点为685 ℃)；
②焙烧后，Cu、Ag均以硫酸盐形式存在，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×10－5；
③“浸出液”中溶质的饱和浓度不小于0.01 mol·L－1；离子浓度小于1×10－5mol·L－1时，认为不含该离子。
下列说法错误的是(　　)
A．“加硫酸并焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸
B．“水吸收”过程得到的溶液呈酸性
C．在实验室蒸馏时，需要用到直形冷凝管
D．“浸出液”中的溶质成分一定不含Ag＋和SO
答案　D
解析　浓硫酸具有强氧化性，可将Se2－氧化成SeO2，稀硫酸不能将Cu2Se氧化成CuSO4和SeO2，故“加硫酸并焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸，A正确；SeO2和SO2都是酸性氧化物，加水后溶液呈酸性，B正确；当“浸出液”中溶质的饱和浓度等于0.01 mol·L－1时，c2(Ag＋)·c(SO)＝0.022×0.01＝4×10－6<1.4×10－5，“浸出液”中的溶质含有Ag2SO4，D错误。
2．某含锰废水中主要含有MnSO4，另含H＋、Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Al3＋等，某同学为了回收Mn单质设计如下工艺流程，下列说法不正确的是(　　)
已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝1.5×10－10、Ksp(MgF2)＝7.5×10－11。
A．滤渣1主要含Fe(OH)3和Al(OH)3
B．除钙镁步骤中，当Ca2＋、Mg2＋沉淀完全时，溶液中＝2
C．滤液4主要含(NH4)2CO3
D．反应①中Si可用铝替代
答案　C
解析　含锰废水中加入H2O2把Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氢氧化钠调节pH生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，所以滤渣1主要含Fe(OH)3和Al(OH)3，故A正确；除钙镁步骤中，当Ca2＋、Mg2＋沉淀完全时，溶液中＝＝＝＝2，故B正确；“沉锰过程”是硫酸锰与NH4HCO3反应生成MnCO3沉淀、二氧化碳气体、水和硫酸铵，滤液4主要含硫酸铵，故C错误；MnO能和Al发生铝热反应生成Mn，所以反应①中Si可用铝替代，故D正确。
3．一种吸收SO2再经氧化得到硫酸盐的过程如图所示。室温下，用0.1 mol·L－1NaOH溶液吸收SO2，若通入SO2所引起的溶液体积变化和H2O的挥发可忽略，溶液中含硫物种的浓度c总＝c(H2SO3)＋c(HSO)＋c(SO)。H2SO3的电离常数分别为Ka1＝1.29×10－2、Ka2＝6.24×10－8。下列说法正确的是(　　)
A．“吸收”应在较高的温度下进行
B．“吸收”所得溶液中：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HSO)＋c(SO)＋c(OH－)
C．若“吸收”所得c总＝0.1 mol·L－1溶液中：c(SO)D．“氧化”调节溶液pH约为5，主要发生反应：2HSO＋O2===2SO＋2H＋
答案　D
解析　二氧化硫是气体，温度越高，溶解越难，因此“吸收”不应在较高的温度下进行，故A错误；“吸收”所得溶液中，根据电荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HSO)＋2c(SO)＋c(OH－)，故B错误；“吸收”所得c总＝0.1 mol·L－1溶液中，溶质为亚硫酸氢钠，HSO的水解常数Kh2＝＝≈7.75×10－13c(H2SO3)，故C错误；“氧化”调节溶液pH约为5，根据Ka1＝1.29×10－2＝＝，则＝＝1.29×103，因此溶液中主要是亚硫酸氢钠，此时氧化主要发生反应2HSO＋O2===2SO＋2H＋，故D正确。
4．(2023·湖南，9)处理某铜冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如下：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
下列说法错误的是(　　)
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2O??HS－＋OH－
C．“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中＝4.0×10－12
D．“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
答案　D
解析　当pH＝1.9时氢氧化铁开始沉淀，当pH＝3.5时氢氧化铝开始沉淀，当pH＝4时，则会生成氢氧化铝和氢氧化铁，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正确；硫化钠溶液中的硫离子可以水解，产生氢氧根离子，使溶液显碱性，其第一步水解的方程式为S2－＋H2O??HS－＋OH－，B正确；当铜离子和锌离子完全沉淀时，则硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡，则＝＝＝＝4.0×10－12，C正确；“出水”中除含有阴离子外，还含有大量的Na＋、Ca2＋等，故只经阴离子交换树脂软化处理后，不可用作工业冷却循环用水，D错误。
5．海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：
模拟海水中的离子浓度/(mol·L－1) Na＋ Mg2＋ Ca2＋ Cl－ HCO
0.439 0.050 0.011 0.560 0.001
注：溶液中某种离子的浓度小于1.0×10－5 mol·L－1时，可认为该离子不存在。
实验过程中，假设溶液体积不变。已知：Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(MgCO3)＝6.8×10－6，Ksp[Ca(OH)2]＝4.7×10－6，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12。
下列说法正确的是(　　)
A．沉淀X为CaCO3
B．滤液M中存在Mg2＋，不存在Ca2＋
C．滤液N中存在Ca2＋和Mg2＋
D．步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，沉淀Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物
答案　A
解析　步骤①中，从题给条件可知n(NaOH)＝0.001 mol，即n(OH－)＝0.001 mol，依据离子反应“先中和、后沉淀、再其他”的反应规律，当1.0 L模拟海水中加入0.001 mol NaOH时，OH－恰好与HCO完全反应：OH－＋HCO===CO＋H2O，生成0.001 mol CO。由于Ksp(CaCO3) Ksp(MgCO3)，生成的CO与水中的Ca2＋反应生成CaCO3沉淀：Ca2＋＋CO===CaCO3↓，所以沉淀X为CaCO3，故A项正确；由于CO只有0.001 mol，反应生成CaCO3所消耗的Ca2＋为0.001 mol，滤液中还剩余c(Ca2＋)＝0.010 mol·L－1，则滤液M中同时存在Ca2＋和Mg2＋，故B项错误；步骤②中，当向滤液M中加入NaOH固体调至pH＝11.0时，此时滤液中c(OH－)＝1×10－3 mol·L－1，则Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(10－3)2＝10－8Ksp[Mg(OH)2]，有Mg(OH)2沉淀生成；又Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝5.6×10－12，c(Mg2＋)＝5.6×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，则滤液N中不存在Mg2＋，故C项错误；步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，则n(NaOH)＝0.105 mol，与0.050 mol Mg2＋发生反应：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，生成0.050 mol Mg(OH)2，剩余0.005 mol OH－，由于Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(0.005)2＝2.5×10－76．(21分)(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是__________________________________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_____________________________________________________________。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是____________(填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸
c．盐酸 d．磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？__________________，其原因是________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为_________________________。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的∶nCO＝__________________。
答案　(1)做还原剂，将BaSO4还原　(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度　(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1
解析　由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。(3)浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的∶nCO ＝1∶1。
7．(21分)(2023·河南新乡高二期末)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
常温下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol·L－1) 的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
已知：①“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐；
②Kb(NH3·H2O)≈2×10－5。
(1)为了加快“焙烧”速率，可采用的物理方法为______________(填一种即可)。
(2)Al2O3“焙烧”时，转化为NH4Al(SO4)2；
①NH4Al(SO4)2在水中的电离方程式为______________________________________
________________________________________________________________________。
②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，各离子浓度由大到小的顺序为_______________(填离子符号)。
(3)“水浸”后的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，最先析出的离子为______________(填离子符号)。
(4)水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为______________(填“水浴”或“油浴”)加热。
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(6)利用表中数据，可计算出Ksp[Mg(OH)2]＝__________。
答案　(1)粉碎(或搅拌)
(2)①NH4Al(SO4)2===NH＋Al3＋＋2SO
②c(SO)>c(NH)>c(Al3＋)>c(H＋)>c(OH－)　(3)Fe3＋　(4)油浴
(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋　(6)1.0×10－11.2
解析　(2)②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，硫酸铝铵完全电离：NH4Al(SO4)2===NH＋Al3＋＋2SO，硫酸根离子不水解，Kh(NH)＝＝5×10－10，Kh(Al3＋)＝＝＝1×10－9.1，Al3＋的水解程度大于NH的水解程度，故各离子浓度由大到小的顺序为c(SO)>c(NH)>c(Al3＋)>c(H＋)>c(OH－)。
(3)Fe3＋完全沉淀的pH为2.8，故最先析出的离子是Fe3＋。
(4)水浴加热温度不会高于100 ℃，而水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为油浴。
(6)根据Mg2＋完全沉淀的pH为10.9，完全沉淀时Mg2＋浓度为1.0×10－5 mol·L－1，故Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1×10－5×(10－3.1)2＝1.0×10－11.2。
8．(28分)(2023·广东东山中学高二期末)二草酸合铜酸钾是一种重要的化工原料，微溶于冷水、酒精，可溶于热水。已知CuO＋2KHC2O4===K2[Cu(C2O4)2]＋H2O，实验室制备二草酸合铜酸钾晶体{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}可采用下列步骤：
(1)CuSO4溶液显酸性的原因是_______________________________________________(用离子方程式表示)。
(2)在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，则溶液中c(Cu2＋)＝______________{已知该温度下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}。
(3)已知H2C2O4的电离平衡常数：Ka1＝5.6×10－2、Ka2＝1.5×10－4，则KHC2O4溶液显________(填“酸性”或“碱性”)。
(4)操作④后得到的晶体需用少量酒精洗涤，其目的是______________________________。
(5)过滤时用到的玻璃仪器有漏斗、__________。
(6)原料H2C2O4纯度的测定
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。称取一定量的H2C2O4试样，配制成250 mL溶液，取试样溶液25.00 mL，用a mol·L－1的酸性KMnO4标准液滴定，消耗酸性KMnO4标准液b mL(假设杂质不与酸性KMnO4溶液反应)。
①滴定前，盛装酸性KMnO4标准液的仪器在排气泡时，应选择图中的____________(填字母)。
②滴定终点的现象为____________。
答案　(1)Cu2＋＋2H2O??Cu(OH)2＋2H＋
(2)2.2×10－6 mol·L－1　(3)酸性　(4)除去表面的可溶性杂质和水分，同时酒精易挥发，晶体易干燥　(5)烧杯、玻璃棒
(6)①b　②当滴入最后半滴KMnO4溶液时，溶液恰好由无色变成浅紫色，且半分钟内不褪色
解析　(1)CuSO4溶液显酸性的原因是铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子。
(2)在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝c(Cu2＋)×(1×10－7)2，解得c(Cu2＋)＝2.2×10－6 mol·L－1。
(3)已知H2C2O4的电离平衡常数：Ka1＝5.6×10－2、Ka2＝1.5×10－4，HC2O的水解常数Kh2＝＝＝×10－12(6)①酸性KMnO4标准液装在酸式滴定管里，c为碱式滴定管，滴定前，盛装酸性KMnO4标准液的仪器在排气泡时，应选择图中的b。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 PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5× 10－8 7.4× 10－14 1.1× 10－10 2.6× 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)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
开始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
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－、SO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＋H2O??H＋＋－(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0.10 mol·L－1硼砂溶液中，2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和－，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2.0 mol·L－1，则常温下精制 Ⅱ 过程中CO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＋、SO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－1
B．加入Na2CO3溶液仅发生反应：Ba2＋＋CO===BaCO3↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓
C．加入盐酸发生的反应是2H＋＋CO===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O
D．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SiO2
B．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MnO＋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＝2.5×1011
D．沉锌后的母液中可回收利用的物质有K2SO4、(NH4)2SO4
3．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)2??CoA2·(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≤1×10－6 mol·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(HF)＝3.5×10－4]
(3)萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂(HA)2，实验测得Co2＋萃取率随pH的变化如图所示。向萃取所得有机相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是________________________________。
②Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是_______________________________。(共84张PPT)
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
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。
核心素养
发展目标
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
(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。
例1
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
难溶电解质 PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
金属氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
开始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
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_______；
Fe2＋
过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。
(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__________________________________；
Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O
过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是___________。
作还原剂
过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。
(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是________________。
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，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。
Fe(OH)3、Al(OH)3
(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有____________。
Ba2＋、Na＋
加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子分别转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。
【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－、 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＋H2O H＋＋[B(OH)4]－(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0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为____________________________________________，该溶液pH＝______。
[B4O5(OH)4]2－＋5H2O 2B(OH)3＋2[B(OH)4]－
9.24
(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2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中浓度应控制在__________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。
Mg(OH)2、CaSO4
5.5×10－3
Na2CO3、CaO
(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_________________________
_________________________
_________________________
_________________________
____________。
加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度
盐酸
浓缩液中因 浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小
精制Ⅰ中，加入CaO，由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2＋，还需要除去Ca2＋，因此，精制Ⅱ的目的是加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3 (或除去精制
Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸。
1
2
3
1.实验小组设计实验除去粗盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、 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。
跟踪训练
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－1
B.加入Na2CO3溶液仅发生反应：
===CaCO3↓
C.加入盐酸发生的反应是2H＋＋ ===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O
D.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
√
跟踪训练
1
2
3
跟踪训练
常温时，调节溶液的pH＞12，则氢氧根离子浓度大于10－2 mol·L－1，则滤液
中c(Mg2＋)＜
＝5.6×10－8 mol·L－1<1×10－5 mol·L－1，A正确；
1
2
3
跟踪训练
加入稀盐酸除去过量氢氧化钠、碳酸钠，故加入盐酸发生的反应是2H＋＋
===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O，C正确；
流程中加入过量饱和碳酸钠溶液会将部分硫酸钡转化为碳酸钡沉淀，同时生成硫酸根离子，故步骤①加入BaCl2溶液后进行过滤，可以避免白色沉淀M的生成，D正确。
1
2
3
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：
跟踪训练
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36。
1
2
3
下列说法错误的是
A.滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2
B.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 ＋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×
1011
D.沉锌后的母液中可回收利用的物质有K2SO4、(NH4)2SO4
跟踪训练
√
1
2
3
跟踪训练
原料锌灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)中，SiO2不与酸反应，PbO被硫酸转化为难溶的PbSO4，其余完全变成相应的硫酸盐进入溶液，滤渣Ⅰ为硫酸铅和SiO2。加入高锰酸钾氧化硫酸亚铁，其自身被还原为MnO2，硫酸亚铁最终转化为氢氧化铁，滤渣Ⅱ为MnO2、Fe(OH)3，试剂a用来除掉溶液中的铜离子。
1
2
3
跟踪训练
1
2
3
3.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。
跟踪训练
已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
1
2
3
(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：______________________________________。
跟踪训练
1
2
3
(2)除Ca、Mg：当某离子浓度c≤1×10－6 mol·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。
跟踪训练
0.01
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2
3
跟踪训练
1
2
3
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(HF)＝3.5×10－4]
跟踪训练
pH偏低，氢离子浓度过大导致氟离子和氢离子结合成HF分子
1
2
3
(3)萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂(HA)2，实验测得Co2＋萃取率随pH的变化如图所示。向萃取所得有机相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
跟踪训练
①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是______________________。
实现Co2＋的提取和富集
该工艺中设计萃取、反萃取的目的是将Co2＋从滤液中提取到有机层中，然后分液后再反萃取到水层中，实现Co2＋的提取和富集。
1
2
3
②Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是__________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
跟踪训练
子浓度减小，Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋平衡正向移动，导致Co2＋萃取率升高；若pH过高，则Co2＋转化为Co(OH)2沉淀，导致Co2＋萃取率下降
随着pH升高，氢离
1
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课时对点练
1
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8
1.化工行业常用硒(Se)作催化剂，该催化剂具有反应条件温和、成本低、环境污染小、用后处理简便等优点。以铜阳极泥(主要成分为Cu2Se、Ag2Se，还含有少量Ag、Au、Pt等)为原料制备纯硒的工艺流程如图。
课时对点练
已知：①“净化除杂”时采用真空蒸馏的方法提纯硒(沸点为685 ℃)；
②焙烧后，Cu、Ag均以硫酸盐形式存在，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×10－5；
③“浸出液”中溶质的饱和浓度不小于0.01 mol·L－1；离子浓度小于1×
10－5mol·L－1时，认为不含该离子。
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下列说法错误的是
A.“加硫酸并焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸
B.“水吸收”过程得到的溶液呈酸性
C.在实验室蒸馏时，需要用到直形冷凝管
D.“浸出液”中的溶质成分一定不含Ag＋和
√
课时对点练
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课时对点练
浓硫酸具有强氧化性，可将Se2－氧化成SeO2，稀硫酸不能将Cu2Se氧化成CuSO4和SeO2，故“加硫酸并焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸，A正确；
SeO2和SO2都是酸性氧化物，加水后溶液呈酸性，B正确；
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课时对点练
当“浸出液”中溶质的饱和浓度等于0.01 mol·L－1时，c2(Ag＋)·c( )＝0.022×0.01＝4×10－6<1.4×10－5，“浸出液”中的溶质含有Ag2SO4，D错误。
2.某含锰废水中主要含有MnSO4，另含H＋、Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Al3＋等，某同学为了回收Mn单质设计如下工艺流程，下列说法不正确的是
1
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课时对点练
已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝1.5×10－10、Ksp(MgF2)＝7.5×10－11。
A.滤渣1主要含Fe(OH)3和Al(OH)3
B.除钙镁步骤中，当Ca2＋、Mg2＋沉淀完全时，溶液中 ＝2
C.滤液4主要含(NH4)2CO3
D.反应①中Si可用铝替代
1
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√
课时对点练
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2
3
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课时对点练
含锰废水中加入H2O2把Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氢氧化钠调节pH生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，所以滤渣1主
要含Fe(OH)3和Al(OH)3，故A正确；
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课时对点练
“沉锰过程”是硫酸锰与NH4HCO3反应生成MnCO3沉淀、二氧化碳气体、水和硫酸铵，滤液4主要含硫酸铵，故C错误；
MnO能和Al发生铝热反应生成Mn，所以反应①中Si可用铝替代，故D正确。
3.一种吸收SO2再经氧化得到硫酸盐的过程如图所示。室温下，用0.1 mol·
L－1NaOH溶液吸收SO2，若通入SO2所引起的溶液体积变化和H2O的挥发可忽略，溶液中含硫物种的浓度c总＝c(H2SO3)＋ 。
H2SO3的电离常数分别为Ka1＝1.29×10－2、Ka2＝6.24×10－8。下列说法正确的是
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二氧化硫是气体，温度越高，溶解越难，因此“吸收”不应在较高的温度下进行，故A错误；
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4.(2023·湖南，9)处理某铜冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如图：
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已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
下列说法错误的是
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2O HS－＋OH－
C.“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中 ＝4.0×
10－12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
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当pH＝1.9时氢氧化铁开始沉淀，当pH＝3.5时氢氧化铝开始沉淀，当pH＝4时，则会生成氢氧化铝和氢氧化铁，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正确；
硫化钠溶液中的硫离子可以水解，产生氢氧根离子，使溶液显碱性，其第一步水解的方程式为S2－＋H2O HS－＋OH－，B正确；
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“出水”中除含有阴离子外，还含有大量的Na＋、Ca2＋等，故只经阴离子交换树脂软化处理后，不可用作工业冷却循环用水，D错误。
5.海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：
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模拟海水中的离子浓度/(mol·L－1) Na＋ Mg2＋ Ca2＋ Cl－
0.439 0.050 0.011 0.560 0.001
注：溶液中某种离子的浓度小于1.0×10－5 mol·L－1时，可认为该离子不存在。
实验过程中，假设溶液体积不变。已知：Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(MgCO3)＝6.8×10－6，Ksp[Ca(OH)2]＝4.7×10－6，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12。
下列说法正确的是
A.沉淀X为CaCO3
B.滤液M中存在Mg2＋，不存在Ca2＋
C.滤液N中存在Ca2＋和Mg2＋
D.步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，沉淀Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的
混合物
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由于 只有0.001 mol，反应生成CaCO3所消耗的Ca2＋为0.001 mol，滤液中还剩余c(Ca2＋)＝0.010 mol·L－1，则滤液M中同时存在Ca2＋和Mg2＋，故B项错误；
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步骤②中，当向滤液M中加入
NaOH固体调至pH＝11.0时，此
时滤液中c(OH－)＝1×10－3 mol·
L－1，则Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·
c2(OH－)＝0.010×(10－3)2＝10－8Ksp[Mg(OH)2]，有Mg(OH)2沉淀生成；又Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝5.6×10－12，c(Mg2＋)＝5.6×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，则滤液N中不存在Mg2＋，故C项错误；
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步骤②中若改为加入4.2 g
NaOH固体，则n(NaOH)＝
0.105 mol，与0.050 mol
Mg2＋发生反应：Mg2＋＋
2OH－===Mg(OH)2↓，生成0.050 mol Mg(OH)2，剩余0.005 mol OH－，由于Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(0.005)2＝2.5×10－7< Ksp[Ca(OH)2]，所以无Ca(OH)2沉淀析出，沉淀Y为Mg(OH)2，故D项错误。
6.(21分)(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题：
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(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为____________________。
做还原剂，将BaSO4还原
S2－＋Ca2＋===CaS↓
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(3)“酸化”步骤应选用的酸是_____
(填标号)。
a.稀硫酸 b.浓硫酸
c.盐酸 d.磷酸
c
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由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到
BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。
浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。
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(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？___________，其原因是_____________________________________________________________________。
不可行
CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2
的化学方程式为_________________________________________________
_________________。
BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓
＋4NH4Cl＋2HCl
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(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的 ∶nCO＝________。
1∶1
“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2
BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的 ∶nCO ＝1∶1。
7.(21分)(2023·河南新乡高二期末)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
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常温下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
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金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol·L－1)的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1) 的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
已知：①“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐；
②Kb(NH3·H2O)≈2×10－5。
(1)为了加快“焙烧”速率，可
采用的物理方法为____________
(填一种即可)。
(2)Al2O3“焙烧”时，转化为
NH4Al(SO4)2；
①NH4Al(SO4)2在水中的电离方程式为______________________________。
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粉碎(或搅拌)
②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，各离子浓度由大到小的顺序为_____________________________________(填离子符号)。
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金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol·L－1)的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1) 的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
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(3)“水浸”后的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，最先析出的离子为______(填离子符号)。
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金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol·L－1)的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1) 的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
Fe3＋
Fe3＋完全沉淀的pH为2.8，故最先析出的离子是Fe3＋。
(4)水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为_______(填“水浴”或“油浴”)加热。
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油浴
水浴加热温度不会高于100 ℃，而水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为油浴。
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，
该反应的离子方程式为________________________________________。
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(6)利用表中数据，可计算出Ksp[Mg(OH)2]＝____________。
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金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol·L－1)的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1) 的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
1.0×10－11.2
根据Mg2＋完全沉淀的pH为10.9，完全沉淀时Mg2＋浓度为1.0×10－5 mol·
L－1，故Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1×10－5×(10－3.1)2＝1.0×10－11.2。
8.(28分)(2023·广东东山中学高二期末)二草酸合铜酸钾是一种重要的化工原料，微溶于冷水、酒精，可溶于热水。已知CuO＋2KHC2O4=== K2[Cu(C2O4)2]＋H2O，实验室制备二草酸合铜酸钾晶体{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}可采用下列步骤：
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(1)CuSO4溶液显酸性的原因是_______________________________(用离子方程式表示)。
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课时对点练
Cu2＋＋2H2O Cu(OH)2＋2H＋
CuSO4溶液显酸性的原因是铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子。
(2)在常温下，胆矾溶液与
氢氧化钠溶液反应生成氢
氧化铜，当所得溶液的pH
＝7时，则溶液中c(Cu2＋)
＝__________________
{已知该温度下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}。
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2.2×10－6 mol·L－1
在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝c(Cu2＋) ×(1×10－7)2，解得c(Cu2＋)＝2.2×10－6 mol·L－1。
(3)已知H2C2O4的电离平衡常数：Ka1＝5.6×10－2、Ka2＝1.5×10－4，则KHC2O4溶液显________
(填“酸性”或“碱性”)。
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酸性
(4)操作④后得到的晶体需用少量酒精洗涤，其目的是_______________
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_____________________。
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除去表面的可溶性杂质和水分，同时酒精易挥发，晶体易干燥
烧杯、玻璃棒
(5)过滤时用到的玻璃仪器有漏斗、______________。
(6)原料H2C2O4纯度的测定
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。称取一定量的H2C2O4试样，配制成250 mL溶液，取试样溶液25.00 mL，用a mol·L－1的酸性KMnO4标准液滴定，消耗酸性KMnO4标准液b mL(假设杂质不与酸性KMnO4溶液反应)。
①滴定前，盛装酸性KMnO4标准液的仪器在排气泡时，应选择图中的_____(填字母)。
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b
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酸性KMnO4标准液装在酸式滴定管里，c为碱式滴定管，滴定前，盛装酸性KMnO4标准液的仪器在排气泡时，应选择图中的b。
②滴定终点的现象为____________________________________________
______________________________。
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当滴入最后半滴KMnO4溶液时，溶液恰好由无色变成浅紫色，且半分钟内不褪色

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