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(共31张PPT)
专题5　水溶液中的离子平衡
主观题型2　化工生产中物质转化条件的优化与物质分离、提纯
高考重点：试题主要以真实情境工艺流程为载体，综合考查化学平衡、原材料 的预处理、物质转化条件的优化、物质分离、提纯等必备知识。解题时注意化 学实验操作在实际生产中的运用，此类试题能力要求较高，考查学生逻辑推理 能力、分析综合能力。
■真题调研
1. （2025·甘肃卷节选）研究人员设计了一种从铜冶炼烟尘（主要含S、As2O3及Cu、 Zn、Pb的硫酸盐）中高效回收砷、铜、锌和铅的绿色工艺，部分流程如下：
已知：As2O3熔点314 ℃，沸点460 ℃
分解温度：CuO 1 100 ℃，CuSO4 560 ℃，ZnSO4 680 ℃ ，PbSO4高于1 000 ℃
Ksp（PbSO4）＝1.8×10－8
解析：（1）结合已知温度信息，控制温度为600 ℃，此时温度高于As2O3的沸点和CuSO4的分解温度，能使As2O3固体转化为As2O3蒸气，使CuSO4分解为CuO，便于后续分离。
（2）酸浸的目的为 。
解析： （2）制酸系统制备的是硫酸，酸浸时CuO溶解得到CuSO4溶液，PbSO4不溶于硫酸，可分离出PbSO4沉淀。
使As2O3变为蒸气，使CuSO4受热分解为
CuO，便于后续分离
使CuO溶解形成CuSO4溶液与PbSO4分离
（3）从浸出液得到Cu的方法为 （任写一种）。
电解法（或湿法炼铜或还原法）
2. （2025·河北卷节选）铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生 产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾，同时回收利用钾资源，可实现绿色化学的目标。流 程如下：
已知：铬铁矿主要成分是Fe（CrO2）2、Mg（CrO2）2、Al2O3、SiO2。
（1）浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：Fe2O3、H2SiO3、 、 （填化学式）。
（2）酸化工序中需加压的原因： 。
解析：（2）通入过量CO2的目的是提供酸性环境，使K2CrO4转化为K2Cr2O7，加压 的目的是增大CO2的溶解度，使更多的CO2溶解在溶液中，从而保证酸化反应充分进 行，提高酸化反应速率和K2CrO4的转化率。
MgO
Al（OH）3
增大CO2的溶解度，保证酸化反应充分进行
回答下列问题：
（3）滤液Ⅱ的主要成分： （填化学式）。
KHCO3
已知：①常温下Ksp（MgCO3）＝10－5.17，Ksp[Mg（OH）2]＝10－11.25，Ksp[Mn （OH）2]＝10－12.72；
适当升高温度
充分搅拌
4. （2025·云南卷）从褐铁矿型金－银矿（含Au、Ag、Fe2O3、MnO2、CuO、SiO2 等）中提取Au、Ag，并回收其他有价金属的一种工艺如下：
已知：①金－银矿中Cu、Mn元素的含量分别为0.19％、2.35％。
②25 ℃时，Mn（OH）2的Ksp为1.9×10－13。
解析：由已知①可知金－银矿中的Cu、Mn含量低，所以“沉铜”前，“滤液1”多 次循环可提高Cu2＋及Mn2＋的浓度。
富集Cu2＋和Mn2＋，提高Cu2＋及Mn2＋的
浓度
■重点理解
1. 原料的预处理
方法 目的 解题指导
粉碎、研磨 将块状或颗粒状的物质磨成粉末 增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分，也是提高“浸出率”的方法之一
浸取 水浸 与水接触反应或溶解 （1）加热、搅拌、适当提高酸（或碱）浓度，可以加快浸出速率；增加浸出时间可使样品充分溶解，可提高浸出率；
（2）酸溶时所加酸的量不能太多
①过量的酸可消耗后续调节pH所加的碱性试剂；
②如果实验过程中有硫化物，酸过量会形成有毒气体硫化氢
酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
方法 目的 解题指导
灼烧
（焙烧） （1）除去可燃性杂质
（2）使原料初步转化 ①除去硫、碳单质；
②使有机物转化或除去有机物；
③高温下原料与空气中氧气反应等；
④使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土
2. 流程中反应条件的优化
条件 控制 目的
控制 溶液
的pH （1）调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水 解）；
（2）“酸作用”还可除去氧化物（膜）；
（3）“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等；
（4）特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）
条件 控制 目的
控制温度 （常用水 浴、冰水 浴或油浴） （1）防止副反应的发生；
（2）使化学平衡移动；控制化学反应的方向；
（3）控制固体的溶解与结晶；
（4）控制反应速率；使催化剂达到最大活性；
（5）升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发；
（6）加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离；
（7）趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量；
（8）降温：防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求
条件 控制 目的
反应物用量或 浓度 ①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等
加入氧化剂 （或还
原剂） ①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，再调溶液的pH，使其转化为Fe（OH）3沉淀除去]
加入
沉淀剂 ①生成硫化物沉淀（如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等）；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，将Ca2＋、Mg2＋转化为CaF2和MgF2沉淀而除去
3. 分离、提纯的操作
（1）从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大）的方法：蒸发浓缩（有晶 膜出现时）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗等）、干燥。
（2）从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发 浓缩、趁热过滤（如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。
（3）减压蒸发的原因：减压蒸发可以降低水的沸点从而降低了蒸发温度，可以防止 某物质分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）或失去结晶水（如题目要求制备结晶水 合物产品）。
（4）洗涤
洗涤试剂 适用范围 目的
蒸 馏 水 冷水 产物不溶 于冷水 除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为溶解 而造成的损失
热水 有特殊的 物质其溶 解度随着 温度升高 而下降 除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为温度 变化溶解而造成的损失
洗涤试剂 适用范围 目的
有机溶剂
（酒精、 丙酮等） 固体易溶于水、难溶于有机溶剂 减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥
饱和溶液 对纯度要求不高的产品 减少固体溶解
酸、碱溶 液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解
洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上 操作2～3次
检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某 试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净
（5）萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到 另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2，萃取多为物理过程。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程，反萃 取多为化学过程。
（6）其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应 在HCl的气流中加热，以防其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
4. 根据溶解度曲线判断结晶的方法
（1）溶解度受温度影响较小的（如NaCl）采取蒸发结晶的方法。
（2）溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
（3）带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
5. 物质成分的确定
（1）滤渣、滤液成分的确定
要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：
①反应过程中哪些物质（离子）消失了？
②所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子？这些离子间是否 会发生反应？
（2）循环物质的确定
（3）副产品的判断
■题组演练
1. （2025·广东广州一模）钪（Sc）是一种在国防、航空航天、核能等领域具有重要 作用的稀土元素。以钛白酸性废水（主要含TiO2＋、Fe3＋、Sc3＋）为原料制备Sc及 TiO2的工艺流程如图所示。
②氢氧化钪Sc（OH）3是白色固体，不溶于水，其化学性质与Al（OH）3相似；Sc3＋ 易形成八面体形的配离子。
83.3％
提高分配比D（如更换萃取剂或调节pH）/增大相比V（增加有机相体积）/增加
萃取次数
已知：①25 ℃时，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39，Ksp[Sc（OH）3]＝1.0×10－30。
2. （2025·河北衡水三模）以固体废锌催化剂（主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、 MnO、SiO2）为原料制备锌的工艺流程如图：
②25 ℃时，Ksp（CuS）＝6.4×10－36、Ksp（ZnS）＝1.6×10－24；
[Zn（NH3）
2.16×1014
解析：（2）由题图可知，当（NH4）2S加入量为120％时，铜锌比为2.0×10－ 6，达到沉淀除铜标准，继续加大（NH4）2S加入量会导致锌回收率下降且不经 济，故选c。
a.100％ b.110％
c.120％ d.130％
c
3. （2025·河北保定三模）著名化学家徐光宪在稀土化学等领域取得了卓越成就，被 誉为“稀土界的袁隆平”，稀土元素如今已成为极其重要的战略资源。氧化钪 （Sc2O3）广泛应用于航天、激光等科学领域。一种从赤泥（主要成分为Fe2O3、 Al2O3、CaO、SiO2、Sc2O3、TiO2）中提取氧化钪的路径如下：
②Ksp[Sc（OH）3]＝6.0×10－31。
（1）“萃取”过程中应控制pH小于 。
4
已知：①TiO2难溶于盐酸；
（2）“反萃取”时钪发生反应的离子方程式 ；操作A是 。
　
过滤(共23张PPT)
专题5　水溶液中的离子平衡
主观题型1　电离常数、水解常数、溶度积常数的关系及综合应用
高考重点：水溶液中四大平衡常数包括弱电解质的电离常数（Ka或Kb）、水的离子 积常数（Kw）、盐类的水解常数（Kh）、难溶电解质的溶度积常数（Ksp），但其核 心领域是化学平衡常数（K），四大平衡常数之间的关系及计算是解答问题的关键。 通常在化工流程及反应原理中进行命题，主要考查学生数据分析及计算能力。
■真题调研
1. （2024·湖南卷节选）铜阳极泥（含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等）是一种含贵 金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
已知：①当某离子的浓度低于1.0×10－5 mol·L－1时，可忽略该离子的存在；
③Na2SO3易从溶液中结晶析出；
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
④不同温度下Na2SO3的溶解度如表：
（1）在“除金”工序溶液中，Cl－浓度不能超过 mol·L－1。
0.5
0.05
2. （2025·河南卷节选）一种从预处理得到的贵金属合金粉[主要成分为Fe、Rh （铑）、Pt，含有少量SiO2]中尽可能回收铑的工艺流程如下：
若“活化还原”在室温下进行，SnCl2初始浓度为1.0×10－4 mol·L－1，为避免生成Sn （OH）2沉淀，溶液适宜的pH为 （填标号）[已知Sn（OH）2的Ksp＝5.5×10－28]。
A. 2.0 B. 4.0 C. 6.0
A
3. （2025·江苏卷节选）ZnS可用于制备光学材料和回收砷。由闪锌矿[含ZnS、FeS及 少量硫化镉（CdS）等]制备ZnS的过程如下：
已知：Ksp（ZnS）＝1.6×10－24，Ksp（CdS）＝8.0×10－27，Ka1（H2S）＝1.0×10－ 7，Ka2（H2S）＝1.2×10－13。当离子浓度小于1.0×10－5 mol·L－1时，认为离子沉淀 完全。
（1）通入H2S除镉。通过计算判断当溶液pH＝0、c（H2S）＝0.01 mol·L－1时，Cd2＋ 是否沉淀完全
（2）沉锌前调节溶液的pH至4～5，加入的氧化物为 （填化学式）。
解析：（2）除镉时溶液酸性较强，故应在不引入新杂质的同时消耗溶液中的H＋，加 入的氧化物为ZnO。
否。pH＝0时，c（H＋）＝1 mol·L－1， c（S2－）＝

＞1.0×10－5 mol·L－1，则Cd2＋未沉淀完全
ZnO
■重点理解
1. 电离常数与水解常数的关系
（1）对于一元弱酸HA，Ka与Kh的关系
（2）对于二元弱酸H2B，Ka1（H2B）、Ka2（H2B）与Kh（HB－）、Kh（B2－） 的关系
2. M（OH）n悬浊液中Ksp、Kw、pH间的关系
3. 溶度积（Ksp）的常见计算类型及应用
（2）已知溶度积、溶液中某离子的浓度，求溶液中的另一种离子的浓度，如某温度 下AgCl的Ksp＝a，在0.1 mol·L－1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体，达到平衡后c （Ag＋）＝10a mol·L－1。
（4）判断沉淀转化反应能否完全进行
■题组演练
1. （2025·湖南长沙二模）V2O5广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁。以 钒矿石为原料制备V2O5的工艺流程如图：
ⅱ.有机溶剂P204对四价钒（VO2＋）具有高选择性，且萃取Fe3＋而不萃取Fe2＋。
ⅲ.多钒酸铵微溶于冷水，易溶于热水。
ⅳ.该工艺条件下，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 Fe3＋ Fe2＋ Ca2＋ Mn2＋
开始沉淀pH 1.9 7.0 11.9 8.1
完全沉淀pH 3.2 9.0 13.9 10.1
萃取分离后的“水相”中含有丰富的金属资源，经三道工序可回收MnSO4溶液。请根 据题给信息，参照上述工艺流程，将下列工艺流程补充完整（可供选用的试剂：H2O2 溶液、NaClO溶液、MnO、MnO2、Na2CO3溶液）。
　MnO　
已知MnF2、CaF2的Ksp分别为5.0×10－3、2.0×10－10，当“沉钙”后c（Ca2＋）＝10 －5 mol·L－1时，理论上c（Mn2＋）＜ mol·L－1。
2.5×102
回答下列问题：
H2O2溶液
2. （2025·广东深圳一模）二氧化铈（CeO2）是一种用途广泛的稀土化合物。以氟碳 铈矿（主要含CeFCO3）为原料制备CeO2的一种工艺流程如图所示：
②在硫酸体系中Ce4＋能被萃取剂[（HA）2]萃取，而Ce3＋不能；
③当某离子的浓度低于1.0×10－5 mol·L－1时，可认为该离子已沉淀完全。
常温下，向水层中加入NaOH溶液来调节溶液的pH，pH应大于 时，Ce3＋完全生 成Ce（OH）3沉淀（已知Ksp[Ce（OH）3＝1.0×10－20]）。
9
3. （2025·海南一模）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：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、 Al3＋等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：
沉淀物 Fe（OH）3 Al（OH）3 Co（OH）2 Fe（OH）2 Mn（OH）2
完全沉淀
的pH 3.7 5.2 9.2 9.6 9.8
向“滤液Ⅰ”中加入过量NaF以除去溶液中Mg2＋和Ca2＋（Ca2＋浓度为1.0×10－4 mol·L －1，Mg2＋浓度为1.5×10－3 mol·L－1），当开始出现CaF2沉淀时，c（Mg2＋） ＝ （已知：Ksp（MgF2）＝9×10－11，Ksp（CaF2）＝1.5×10－10）。
6×10－5 mol·L－1(共20张PPT)
专题5　水溶液中的离子平衡
主观题型3　化工流程中化学方程式的书写及有关计算
高考重点：试题主要以真实情境工艺流程为载体，结合氧化还原反应、离子反应等综 合考查化工流程中化学方程式的书写及有关计算。解题时注意氧化还原反应的配平、 离子方程式的书写，利用溶度积计算反应所需的pH、浓度等。此类试题能力要求较 高，难度较大，考查学生逻辑推理能力、综合分析与计算能力。
■真题调研
1. （2025·甘肃卷节选）研究人员设计了一种从铜冶炼烟尘（主要含S、As2O3及Cu、 Zn、Pb的硫酸盐）中高效回收砷、铜、锌和铅的绿色工艺，部分流程如下：
已知：As2O3熔点314 ℃，沸点460 ℃
分解温度：CuO 1 100 ℃，CuSO4 560 ℃，ZnSO4 680 ℃ ，PbSO4高于1 000 ℃
Ksp（PbSO4）＝1.8×10－8
将SO2通入Na2CO3和Na2S的混合溶液可制得Na2S2O3，该反应的化学方程式 为 。
2. （2025·河北卷节选）铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生 产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾，同时回收利用钾资源，可实现绿色化学的目标。流 程如下：
已知：铬铁矿主要成分是Fe（CrO2）2、Mg（CrO2）2、Al2O3、SiO2。
4Fe（CrO2）2＋7O2＋
16KOH　 8K2CrO4＋2Fe2O3＋8H2O
解析：煅烧时Fe（CrO2）2与过量KOH、空气中的O2（作氧化剂）发生反应生 成K2CrO4、Fe2O3和H2O，根据得失电子守恒、原子守恒，即可写出该反应的 化学方程式。
3. （2025·云南卷）从褐铁矿型金－银矿（含Au、Ag、Fe2O3、MnO2、CuO、SiO2 等）中提取Au、Ag，并回收其他有价金属的一种工艺如下：
已知：①金－银矿中Cu、Mn元素的含量分别为0.19％、2.35％。
②25 ℃时，Mn（OH）2的Ksp为1.9×10－13。
25 ℃“沉铁”后，调节“滤液4”的pH至8.0，无Mn（OH）2析出，则c（Mn2＋） ≤ mol/L。
0.19
■重点理解
1. 化学工艺流程中常考试剂的作用
类别 物质 作用
氧化剂 H2O2、HNO3、 KMnO4、MnO2、空 气、次氯酸等 氧化某些还原性物质，便于后续分离，如氧化Fe2＋、Co2＋等
还原剂 SO2、Na2SO3、I－、 Fe2＋、金属单质等 还原某些氧化性物质，便于后续分离，如还原Fe3＋等
酸 HCl、H2SO4、
HNO3等
碱 NaOH、
NH3·H2O等 去油污；调节溶液pH促进水解（沉淀），NaOH可溶解氧化铝、铝、二氧化硅
类别 物质 作用
碳酸盐 Na2CO3、
（NH4）2CO3
碳酸
氢盐 NaHCO3、
NH4HCO3
草酸盐 Na2C2O4 使Ba2＋、Ca2＋等离子沉淀
硫化物 H2S、Na2S、
（NH4）2S 使Cu2＋、Cu＋、Pb2＋、Ag＋、Sn2＋等离子沉淀
氟化物 HF 使Ba2＋、Ca2＋、Mg2＋等离子沉淀
①、②、③、④发生的反应分别是
2. 陌生的氧化还原反应的书写
氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的判断→利用得失电子守恒配平氧化剂、还原 剂、氧化产物、还原产物→结合溶液酸碱性及电荷守恒在方程式两侧补充H＋、OH －、H2O→利用质量守恒配平整个方程式
3. 流程中的计算
（1）产率、纯度计算
（2）Ksp计算
①判断能否沉淀；
②判断能否沉淀完全；
③计算某一离子的浓度；
④沉淀生成和沉淀完全时pH的计算。
4. 以练促学
例1　以软锰矿（主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物）制备高纯MnCO3。流 程如图：
2Fe3＋＋2H2O
例2　将等体积的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3 mol·L－1 K2CrO4溶液混 合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp（Ag2CrO4）＝1.12×10－12]
有沉淀析出
■题组演练
（2）滤渣的主要成分是 （填化学式）。
解析：（2）根据分析可知，滤渣的主要成分是CaSO4。
空气中氧气可作氧化剂，将金属硫化物
中的S氧化为硫单质，促进硫化物的浸出
2CuS＋

回答下列问题：
5H3AsO3＋
2. （2025·江苏苏州三模）利用菱锰矿[主要成分为MnCO3，含CaMg（CO3）2、SiO2 等杂质]制备Mn3O4的工艺流程如下：
已知：①MnCO3分解吸热；②锰氨配合物能稳定存在的pH范围为8.2～10.6。
（2）控制不同温度在N2氛围中焙烧所得产物成分如下表：
温度/ ℃ 600 700 800
主要成分 MnCO3、
CaMg（CO3）2 MnO、CaMg（CO3）2、
CaCO3、MgO MnO、CaCO3、
MgO
将N2替换为CO2，c（CO2）浓度变大，不利于MnCO3的分解，
MnCO3分解吸热，温度升高到700 ℃导致K增大，当Qc＜K，MnCO3才能显著分解
3. （2025·辽宁抚顺三模）某钨锰矿渣（主要成分为WO3、MnO、Sc2O3、SiO2及铁的 氧化物）综合利用的流程如图：
②当溶液中离子浓度小于或等于10－5 mol·L－1时，认为该离子沉淀完全。
③常温下，一些常见物质的溶度积常数如下表：
物质 Fe（OH）3 Fe（OH）2 Mn（OH）2
Ksp 2.8×10－39 4.9×10－17 1.6×10－13
④lg 2.8≈0.45、lg 2≈0.30。
回答下列问题：
3↓＋3RNa
提高了MnCO3的产量且不引入新
的金属离子
＋Mn2＋＋2H2O

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