高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義及試題（新高考人教版）熱點(diǎn)強(qiáng)化練16　化工流程中的生產(chǎn)條件的選擇和Ksp的應(yīng)用

熱點(diǎn)強(qiáng)化練16化工流程中的生產(chǎn)條件的選擇和Ksp的應(yīng)用1．(2020·安徽馬鞍山高三三模)工業(yè)上利用軟錳礦(主要成分是MnO2，還含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素的氧化物)進(jìn)行煙氣脫硫，并制備MnSO4和Mg(OH)2的工藝流程如下圖所示。(1)“沉錳”過程中pH和溫度對Mn2＋和Mg2＋沉淀率的影響如下圖所示。①由圖可知，“沉錳”的合適條件是___________________________________。②當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，Mn2＋_____________________________________________________________________(2)“沉鎂”中MgSO4溶液的濃度為0.03mol·L－1，加入某濃度氨水至溶液體積增加1倍時(shí)，恰好使Mg2＋完全沉淀即溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1，此時(shí)溶液中NH3·H2O的物質(zhì)的量濃度為________mol·L－1(計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù)。已知：Ksp[Mg(OH)2]＝4.9×10－12，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5)。答案(1)①45℃、pH＝7.5②隨著溫度升高，NH4HCO3分解(或NH3·H2解析軟錳礦的主要成分是MnO2，還含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素，均以氧化物的形式存在，SiO2、MnO2與硫酸不反應(yīng)，硫酸酸化的軟錳礦漿中含有Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋和SiO2、MnO2，通入含有SO2的煙氣二氧化硫與軟錳礦漿中的MnO2作用生成Mn2＋和SOeq\o\al(2－,4)，過濾后形成含有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋、SOeq\o\al(2－,4)等的浸出液，二氧化硅不反應(yīng)經(jīng)過濾成為濾渣1，向浸出液中加入MnO2，將浸出液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氨水，調(diào)節(jié)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銨把Zn2＋、Ni2＋轉(zhuǎn)化為NiS和ZnS沉淀除去，過濾后得到的濾渣2為NiS和ZnS，向過濾后的濾液中加入氨水和碳酸氫銨，得到碳酸錳和含有Mg2＋的溶液，向碳酸錳中加入硫酸得到硫酸錳，向含有Mg2＋的溶液通入氨氣，得到氫氧化鎂。(1)①由圖可知，“沉錳”的合適條件是：溫度控制在45℃左右，pH＝7.5左右錳離子的沉淀率最高；②當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，Mn2＋和Mg2＋沉淀率變化的原因是：沉錳是要加入碳酸氫銨，銨鹽受熱易分解，當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，隨著溫度升高，NH4HCO3分解(或NH3·H2O分解揮發(fā))，c(COeq\o\al(2－,3))下降，所以Mn2＋沉淀率下降；(2)“沉鎂”中MgSO4溶液的濃度為0.03mol·L－1，加入某濃度氨水至溶液體積增加1倍時(shí)，MgSO4溶液的濃度減半為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－)＝eq\f(Ksp[MgOH2],cMg2＋)＝eq\f(4.9×10－12,1.0×10－5)＝4.9×10－7，c(OH－)＝7×10－4mol·L－1，NH3通入0.015mol·L－1MgSO4溶液中，Mg2＋恰好完全沉淀時(shí)生成硫酸銨，c(NHeq\o\al(＋,4))＝2c(SOeq\o\al(2－,4))＝2×0.015mol/L＝0.03mol/L，一水合氨是弱電解質(zhì)，電離方程式為：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，Kb(NH3·H2O)＝eq\f(cOH－×cNH\o\al(＋,4),cNH3·H2O)＝eq\f(7×10－4×0.03,cNH3·H2O)＝1.8×10－5，則NH3·H2O的物質(zhì)的量濃度為eq\f(7×10－4×0.03,1.8×10－5)≈1.17mol/L。2．(2020·山東日照高三一模)鉍(83號元素)主要用于制造合金，鉍合金具有凝固時(shí)不收縮的特性，用于鑄造印刷鉛字和高精度鑄型。濕法提鉍新工藝以氧化鉍渣(主要成分為Bi2O3，含有PbO、Ag2O、CuO雜質(zhì))為原料提Bi的工藝流程如下：已知：Ⅰ.BiOCl不溶于水，加熱至700℃就分解生成BiCl3，BiCl3的沸點(diǎn)為447Ⅱ.25℃時(shí)，Ksp[Cu(OH)2]＝1.2×10－20；Ksp(PbCl2)＝1.17×10－5(1)“浸出”時(shí)，在鹽酸濃度0.75mol·L－1、浸出溫度70℃、浸出時(shí)間2h及不同浸出液固比條件下進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)，浸出率與液固比的關(guān)系如圖所示，最合適的液固比應(yīng)選________(2)“沉銅”時(shí)，向“濾液Ⅱ”中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，促進(jìn)Cu2＋水解生成Cu3(OCl)2，則此過程中Cu2＋水解的離子方程式為_______________________

___________________________________________________________________。若“濾液Ⅱ”中c(Cu2＋)為0.01mol·L－1，當(dāng)加入等體積的NaOH溶液時(shí)，pH恰好為6，出現(xiàn)沉淀Cu(OH)2，此時(shí)Cu2＋的去除率為________(忽略溶液體積變化)。答案(1)3(2)3Cu2＋＋2H2O＋2Cl－=Cu3(OCl)2↓＋4H＋97.6%解析(1)由圖像可知，液固比為3、4時(shí)鉍的浸出率較高，以節(jié)約原料為原則，液固比為3時(shí)最為合適；(2)“沉銅”時(shí)，向?yàn)V液Ⅱ中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，促進(jìn)Cu2＋水解生成Cu3(OCl)2，反應(yīng)的離子方程式為：3Cu2＋＋2H2O＋2Cl－=Cu3(OCl)2↓＋4H＋，加入等體積的NaOH溶液時(shí)，pH＝6，溶液中c(H＋)＝10－6mol·L－1，則c(OH－)＝10－8mol·L－1，由于Ksp[Cu(OH)2]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，則c(Cu2＋)＝0.00012mol/L，n(Cu2＋)＝0.00012mol/L×2VL＝0.00024Vmol，則去除的Cu2＋的物質(zhì)的量為0.01Vmol－0.00024Vmol＝0.00976Vmol，Cu2＋的去除率為eq\f(0.00976V,0.01V)×100%＝97.6%。3．(2020·湖北襄陽市多校聯(lián)考)二次電池鋰離子電池廣泛應(yīng)用于手機(jī)和電腦等電子產(chǎn)品中。某常見鋰離子電池放電時(shí)電池的總反應(yīng)為：Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6(x<1)。2018年中國回收了全球可回收鋰離子電池總量的69%。但現(xiàn)階段我國廢舊電池回收仍屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，效率仍需提高。一種回收該鋰離子電池中的鋰和鈷的流程：已知：①Na2S2O3是一種中等強(qiáng)度的還原劑，遇強(qiáng)酸分解②Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小(1)控制氫離子濃度為4mol/L，反應(yīng)溫度90℃，測得相同時(shí)間內(nèi)離子的浸出率與Na2S2O3溶液的變化關(guān)系如圖。則酸浸時(shí)應(yīng)選用濃度為________mol/L的Na2S2O3溶液。Na2S2O3溶液濃度增至0.3mol/L時(shí)，LiCoO2____________________________________________________________(用化學(xué)方程式結(jié)合文字說明)。(2)已知15℃左右Li2CO3的Ksp為3.2×10－2，該溫度下Li2CO3的溶解度約為________g。將萃取后的Li2SO4溶液加熱至95℃，加入飽和Na2CO3溶液，反應(yīng)10min，________________(填操作)得Li2CO答案(1)0.25Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反應(yīng)中產(chǎn)生硫單質(zhì)，附著在固體表面阻止反應(yīng)進(jìn)行(2)1.48趁熱過濾、洗滌、干燥解析(1)通過酸浸，加入Na2S2O3溶液，將Cu、Al、Ni與Li、Co分離，提高Li、Co離子的浸出率，當(dāng)Li、Co離子的浸出率最高時(shí)，Na2S2O3溶液的濃度為0.25mol/L；Na2S2O3溶液濃度增至0.3mol/L時(shí)，Na2S2O3是一種中等強(qiáng)度的還原劑，遇強(qiáng)酸分解，發(fā)生反應(yīng)為：Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，反應(yīng)中產(chǎn)生硫單質(zhì)，附著在固體表面阻止反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致LiCoO2的浸出率明顯下降；(2)溶解度是指一定溫度下達(dá)到飽和時(shí)，100g水中溶解溶質(zhì)的質(zhì)量，15℃左右，100g水的體積100mL，根據(jù)Li2CO32Li＋＋COeq\o\al(2－,3)，c(Li＋)＝2c(COeq\o\al(2－,3))，Ksp(Li2CO3)＝c2(Li＋)×c(COeq\o\al(2－,3))＝[2c(COeq\o\al(2－,3))]2×c(COeq\o\al(2－,3))＝4[c(COeq\o\al(2－,3))]3＝3.2×10－2，c(COeq\o\al(2－,3))＝eq\r(3,\f(3.2×10－2,4))＝eq\r(3,0.008)＝0.2(mol/L)，則溶解的Li2CO3的物質(zhì)的量＝0.2mol/L×0.1L＝0.02mol，溶解的Li2CO3的質(zhì)量＝0.02mol×74g/mol＝1.48g；將萃取后的Li2SO4溶液加熱至95℃，加入飽和Na2CO3溶液，反應(yīng)10min，Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小，應(yīng)趁熱過濾，洗滌，干燥獲得Li2CO3粉末。4．(2020·河北衡水中學(xué)高三聯(lián)考)我國黃銅礦的儲量比較豐富，主要產(chǎn)地集中在長江中下游地區(qū)、川滇地區(qū)、山西南部、甘肅的河西走廊以及西藏高原等地。黃銅礦是一種銅鐵硫化物礦物，外觀黃銅色，主要成分是CuFeS2，還含有少量的SiO2和Ni、Pb、Ag、Au等元素。為實(shí)現(xiàn)黃銅礦的綜合利用，設(shè)計(jì)了如下的工藝流程。已知：①a、b、c均為整數(shù)；②CuCl＋2Cl－CuCleq\o\al(2－,3)。廢電解液中含有少量的Pb2＋，從廢電解液中除去Pb2＋的方法是往其中通入H2S至飽和，使Pb2＋轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀，若廢電解液的pH＝4，為保證不生成NiS沉淀，Ni2＋濃度應(yīng)控制在________以下。[已知：飽和H2S溶液中c(H2S)為0.1mol/L，H2S的電離常數(shù)Ka1＝1.0×10－7，Ka2＝2.0×10－15，Ksp(NiS)＝1.4×10－16]答案0.07mol/L解析本題中存在兩個(gè)流程，第一個(gè)流程目的是以黃銅礦為原料生產(chǎn)堿式氯化銅，黃銅礦(主要含CuFeS2及少量Fe2O3、SiO2等)，加入稀鹽酸酸浸，SiO2不溶于稀鹽酸，溶液中浸出Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋等離子，加入H2O2溶液，酸性條件下H2O2將Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀除去Fe3＋，進(jìn)行操作Ⅰ過濾，得到SiO2、Fe(OH)3濾渣，溶液中則存在Cu2＋為主，還存在SOeq\o\al(2－,4)，加入Cu和NaCl溶液，反應(yīng)生成CuCl沉淀，經(jīng)過操作Ⅱ過濾得到CuCl(s)和濾液，加入H2O和O2發(fā)生反應(yīng)Ⅲ，得到堿式氯化銅；第二個(gè)流程中先將黃銅礦隔絕空氣焙燒，得到Cu2S和FeS等，加入石英砂通入空氣焙燒，生成Cu2O、Cu，熔渣為Fe2O3等，Cu2O、Cu與鋁在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)得到粗銅，電解可得到精銅。飽和H2S溶液中c(H2S)為0.1mol/L，溶液pH＝4，則溶液中c(H＋)＝10－4mol/L，根據(jù)Ka1＝eq\f(cHS－·cH＋,cH2S)＝1.0×10－7，可解得c(HS－)約為10－4mol/L，根據(jù)Ka2＝eq\f(cS2－·cH＋,cHS－)＝2.0×10－15，解得溶液中c(S2－)約為2.0×10－15mol/L，Ksp(NiS)＝1.4×10－16＝c(Ni2＋)·c(S2－)，所以為保證不生成NiS沉淀，Ni2＋濃度應(yīng)小于eq\f(KspNiS,cS2－)＝eq\f(1.4×10－16,2.0×10－15)mol·L－1＝0.07mol·L－1。5．(2020·湖北黃岡中學(xué)高三測試)2019年諾貝爾化學(xué)獎授予鋰離子電池的發(fā)明者，鋰離子電池是目前應(yīng)用廣泛的一類電池。以鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，含有少量MgO、Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))為原料，制備鋰離子電池電極材料的工藝流程如圖所示：已知：①濾液1中含Ti微粒的主要存在形式為TiO2＋；②Ksp(FePO4)＝1.3×10－22、Ksp[Mg3(PO4)2]＝1.0×10－24；溶液中某離子濃度小于等于10－5mol·L－1時(shí)，認(rèn)為該離子沉淀完全。請回答下列問題：“轉(zhuǎn)化Ⅰ”后所得溶液中c(Mg2＋)＝0.01mol·L－1，若其中Fe3＋沉淀完全，則溶液中c(POeq\o\al(3－,4))的范圍為__________________________________________________

___________________________________________________________________。答案1.3×10－17mol/L≤c(POeq\o\al(3－,4))<1.0×10－9mol/L解析鐵礦石加入硫酸溶解過濾得到濾渣為二氧化硅，濾液1為MgCl2、FeCl3、TiOSO4，加鐵粉與過量硫酸反應(yīng)并調(diào)pH，濾液中TiO2＋水解得到H2TiO3，加入過氧化氫和氨水、氫氧化鋰溶液得到沉淀Li2Ti5O15，加入碳酸鋰煅燒得到鈦酸鋰Li4Ti5O12，濾渣2加入過氧化氫氧化亞鐵離子，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，加入碳酸鋰和草酸煅燒得到磷酸亞鐵鋰LiFePO4。Fe3＋剛好沉淀完全時(shí)，c(POeq\o\al(3－,4))＝eq\f(KspFePO4,1.0×10－5)＝eq\f(1.3×10－22,1.0×10－5)＝1.3×10－17(mol/L)，要保證Fe3＋沉淀完全，c(POeq\o\al(3－,4))應(yīng)該≥1.3×10－17mol/L；c(Mg2＋)＝0.01mol·L－1，若剛好產(chǎn)生沉淀，c(POeq\o\al(3－,4))＝eq\r(\f(Ksp[Mg3PO42],c3Mg2＋))＝eq\r(\f(1.0×10－24,0.013))＝1.0×10－9(mol/L)，而按題意分析應(yīng)不能使鎂離子沉淀，故c(POeq\o\al(3－,4))<1.0×10－9mol/L，故答案為：1.3×10－17mol/L≤c(POeq\o\al(3－,4))<1.0×10－9mol/L。6．(2020·河北石家莊市高三階段考)一種從乙醛工業(yè)中產(chǎn)生的廢鈀(Pd)催化劑(鈀5～6%，炭93～94%，鐵、銅、鋅、鎳1～2%)中提取PdCl2和CuCl2的工藝流程如圖所示：已知：鈀、銅、鋅、鎳可與氨水形成Pd(NH3)eq\o\al(2＋,4)等絡(luò)離子。請回答：(1)“酸溶”時(shí)，Pd轉(zhuǎn)化為PdCl2，其化學(xué)方程式為_________________________

____________________________________；該過程需控溫70～80℃，溫度不能太低或太高的原因?yàn)開__________________

___。(2)“絡(luò)合”時(shí)，溶液的pH需始終維持8～9，則絡(luò)合后溶液中含鐵離子的濃度≤________。[已知：Fe(OH)2、Fe(OH)3的Ksp分別為4×10－17、2.8×10－39]答案(1)Pd＋3HCl＋HNO3=PdCl2＋NOCl＋2H2O溫度太低反應(yīng)速率過慢，溫度太高王水易分解揮發(fā)(2)2.8×10－21mol·L－1解析(1)“酸溶”時(shí)，Pd被氧化為PdCl2，根據(jù)流程圖可知，酸溶時(shí)的還原產(chǎn)物為NOCl，其化學(xué)方程式為Pd＋HNO3＋3HCl=PdCl2＋NOCl＋2H2O，該過程需控溫70～80℃，溫度過低會，導(dǎo)致反應(yīng)速率比較慢，溫度過高時(shí)，王水會揮發(fā)分解。(2)加入王水后，溶液中鐵元素以Fe3＋形式存