2022年高考化学一轮复习第8章第42讲　专项提能特训16　化工流程中的Ksp计算_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_2022年一轮复习各版本_1.高考化学2022年一轮复习通用版

专项提能特训 16 化工流程中的 K 计算
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1．LiTi O 和LiFePO 都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO ，还
4 5 12 4 3
含有少量MgO、SiO 等杂质)来制备，工艺流程如下：
2
回答下列问题：
若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋
恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg(PO ) 沉淀生成？
3 4 2
___________________________________________________________________(列式计算)。
[已知：FePO 、Mg(PO ) 的K 分别为1.3×10－22、1.0×10－24]
4 3 4 2 sp
答案 否。Fe3＋恰好沉淀完全时， c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3(Mg2＋)·
c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40<K [Mg (PO )]，因此不会生成Mg(PO ) 沉淀
sp 3 4 2 3 4 2
2．高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工业级氧化锌(含Fe2＋、Mn2
＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：
已知K [Fe(OH) ]＝4.0×10－38。
sp 3
回答下列问题：
加入KMnO 溶液反应一段时间后，溶液中c(Fe3＋)＝0.56 mg·L－1，若溶液pH＝3，则此时Fe3
4
＋________(填“能”或“不能”)生成沉淀。
答案 不能
解析 c(Fe3＋)＝＝1.0×10－5 mol·L－1，此时溶液中 c(OH－)＝1.0×10－11 mol·L－1，c(Fe3
＋)·c3(OH－)＝1.0×10－38＜K [Fe(OH) ]，故不能生成Fe(OH) 沉淀。
sp 3 3
3．(2020·四川泸州市高三模拟)金属钒主要用于冶炼特种钢， 被誉为 “合金的维生素”。
工业上常用富钒炉渣 (主要含FeO·V O 还有少量PO 等杂质) 制取钒的流程如下图。
2 3, 2 5回答下列问题：
25 ℃时，K (NH VO )＝4×10－2，电离常数K (NH ·H O) ＝1.8×10－5。“沉钒” 后VO的
sp 4 3 b 3 2
浓度为 mol·L－1，则滤液的pH为________。除OH－与VO外，滤液中还可能存在的阴离子
是______。
答案 4.5 Cl－和HPO、PO或HPO
2
解析 25℃时，K (NH VO )＝4×10－2，电离常数K (NH ·H O) ＝1.8×10－5。“沉钒” 后
sp 4 3 b 3 2
VO的浓度为 mol·L－1，K (NH VO )＝4×10－2＝c(NH)·c(VO)，c(NH)＝ mol·L－1＝1.8 mol·L
sp 4 3
－1，
NH＋HONH ·H O＋H＋
2 3 2
开始/mol·L－1 1.8 0 0
变化/mol·L－1 x x x
平衡/mol·L－1 1.8－x x x
K ＝＝＝，解得x＝c(H＋)≈10－4.5mol·L－1，则滤液的pH为4.5。除OH－与VO外，PO 溶于
h 2 5
水生成磷酸，磷酸电离出HPO、PO或HPO ，滤液中还可能存在的阴离子是Cl－和HPO、
2 2
PO或HPO。
4．为回收利用废镍催化剂(主要成分为NiO，另含Fe O 、CaO、CuO、BaO等)，科研人员
2 3
研制了一种回收镍的新工艺。工艺流程如图所示：
已知：①常温下，有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示：
氢氧化物 Fe(OH) Fe(OH) Ni(OH)
3 2 2
开始沉淀的pH 1.5 6.5 7.7
沉淀完全的pH 3.7 9.7 9.2
②常温下，K (CaF )＝2.7×10－11。
sp 2
请回答下列问题：
(1)“操作B”的过程是，先在40～50 ℃加入HO，其作用是_____________________
2 2
(用离子方程式表示)；再调pH至3.7～7.7，操作B可除去溶液中的______(填元素名称)元素。(2)操作C可除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－浓度为3.0×10－3mol·L－1，则溶液中＝
________________________________________________________________________。
答案 (1)2Fe2＋＋2H＋＋HO===2Fe3＋＋2HO 铁 (2)1.0×10－3
2 2 2
解析 (1)“操作B”的过程是，先在40～50 ℃加入HO，其作用是使溶液中的Fe2＋氧化为
2 2
Fe3＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋HO===2Fe3＋＋2HO；根据表格分析，调pH至
2 2 2
3.7～7.7, 沉淀有Fe(OH) 和Fe(OH) ，操作B可除去溶液中的铁元素。
3 2
(2)根据常温时CaF 的溶度积常数为2.7×10－11可知，当溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1时，
2
Ca2 ＋ 的 浓 度 为 mol·L － 1 ＝ 3×10 － 6 mol·L － 1 ， 所 以 溶 液 中 ＝ ＝ 1.0×
10－3。
5．七铝十二钙(12CaO·7Al O)是新型的超导材料和发光材料，用白云石(主要含CaCO 和
2 3 3
MgCO )和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：
3
煅粉主要含MgO和________，用适量NH NO 溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若滤
4 3
液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，则溶液pH大于________[Mg(OH) 的K ＝5×10－12]；
2 sp
该工艺中不能用(NH )SO 代替NH NO ，原因是__________________________________。
4 2 4 4 3
答案 CaO 11 易生成硫酸钙微溶物，在过滤时被除去，导致碳酸钙产率降低
解析 白云石高温煅烧，CaCO 和MgCO 受热分解生成CaO和MgO，煅粉主要含有CaO
3 3
和MgO。若滤液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，根据K ＝c(Mg2＋)·c2(OH－)得：c(OH－)
sp
＞＝ mol·L－1＝1×10－3 mol·L－1，c(H＋)＜＝1×10－11mol·L－1，即pH＞11。若用(NH )SO
4 2 4
代替NH NO ，则(NH )SO 会与CaO反应生成CaSO 微溶物，在过滤时会被除去，造成生
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成的CaCO 减少。
3
6．(2020·四川省内江市模拟)硫酸铅( PbSO ) 广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。工业
4
生产中利用方铅矿(主要成分为 PbS, 含有FeS 等杂质)和软锰矿(主要成分为MnO ) 制备
2 2
PbSO 的工艺流程如图：
4
已知：i. PbCl 难溶于冷水，易溶于热水
2
ii. PbCl (s)＋2Cl－ (aq)PbCl(aq) ΔH> 0
2iii.K (PbSO ) ＝1.08 ×10－8 ，K (PbCl ) ＝1.6×10－5
sp 4 sp 2
(1)20 ℃时 ，PbCl (s) 在不同浓度盐酸中的最大溶解量(g·L－1)如图所示。下列叙述正确的
2
是____________(填字母)。
A．盐酸浓度越小，K (PbCl )越小
sp 2
B．x、y 两点对应的溶液中c( Pb2＋ )不相等
C 当盐酸浓度为1 mol·L－1 时，溶液中c( Pb2＋)一定最小
D．当盐酸浓度小于1 mol·L－1时 ，随 HCl 浓度增大，PbCl 溶解量减少是因为 Cl－浓度
2
增大使 PbCl 溶解平衡逆向移动
2
(2)调 pH 的目的是________________________________，PbCl “转化”后得到 PbSO , 当
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c(Cl－)＝ 0.1 mol·L－1时 ，c(SO) ＝______________________mol·L－1。
答案 (1)BD (2)使 Fe3＋ 沉淀而除去 6.75×10－6
解析 (1)PbCl 是微溶化合物，溶于水存在平衡：PbCl (s)Pb2＋(aq)＋2Cl－(aq)，由图像可
2 2
知在盐酸的浓度为 1 mol·L－1时溶解量最小；结合题目所给信息可知，盐酸的浓度小于 1
mol·L－1时，主要是电离出的氯离子抑制氯化铅的溶解，大于 1 mol·L－1时，可发生反应：
PbCl (s)＋2Cl－(aq)PbCl(aq)，促进溶解。K (PbCl )只受温度的影响，温度不变，则
2 sp 2
K (PbCl )不变，故A错误；根据分析可知x、y两点对应的溶液中的溶质不同，所以c(Pb2＋)
sp 2
不相等，故B正确；根据分析可知当盐酸浓度大于1 mol·L－1时，主要发生反应：PbCl (s)＋
2
2Cl－(aq)PbCl(aq)，所以此时c(Pb2＋)不一定最小，故C错误；根据分析可知盐酸浓度小
于1 mol·L－1时，主要存在平衡PbCl (s)Pb2＋(aq)＋2Cl－(aq)，氯离子的增多使平衡逆向移
2
动，故D正确。
(2)调节pH的主要目的是使Fe3＋转化为沉淀，从而除去；沉淀转化的化学方程式为 PbCl (s)
2
＋SO(aq)PbSO (s)＋2Cl－(aq)，该反应的平衡常数K＝＝＝＝，所以当c(Cl－)＝0.1 mol·L－
4
1时，c(SO)＝ mol·L－1＝6.75×10－6mol·L－1。
7．某工厂以重晶石(主要含BaSO)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”——钛酸钡(BaTiO )
4 3
的工艺流程如下：回答下列问题：
(1)用NaCO 溶液浸泡重晶石(假设杂质不与NaCO 反应)，能将BaSO 转化为BaCO ，此反
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应的平衡常数K＝____________(填写计算结果)；若不考虑CO的水解，要使2.33 g BaSO
4
恰好完全转化为BaCO ，则至少需要浓度为1.0 mol·L－1NaCO 溶液______mL。[已知：
3 2 3
K (BaSO)＝1.0×10－10，K (BaCO)＝5.0×10－9]
sp 4 sp 3
(2)流程中“混合”溶液的钛元素在不同pH时主要以TiO(OH)＋、TiOC O、TiO(C O)三种形
2 4 2 4
式存在(变化曲线如图所示)。实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.8左右，再
进行“沉淀”，其反应的离子方程式为__________________________；图中曲线c对应钛的
形式为__________(填粒子符号)。
答案 (1)0.02 510 (2)TiO(C O)＋Ba2＋＋4HO===BaTiO(C O)·4H O↓ TiO(OH)＋
2 4 2 2 4 2 2
解析 (1)在溶液中BaSO 存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和NaCO 溶液时，发生沉
4 2 3
淀转化生成BaCO ：BaSO(s)＋CO(aq)BaCO (s)＋SO(aq)，待达到平衡后，移走上层清液，
3 4 3
重复多次操作，最终BaSO 生成BaCO ；反应的平衡常数K＝＝＝＝＝0.02；2.33 g BaSO
4 3 4
物质的量为0.01 mol，根据BaSO(s)＋CO(aq) BaCO (s)＋SO(aq)，完全转化需要 0.01
4 3
mol CO，同时溶液中产生0.01 mol SO，根据K值溶液中含有n(CO)＝＝0.5 mol，需要加入
NaCO 为 0.01 mol ＋ 0.5 mol ＝
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0.51 mol，需要NaCO 溶液的体积为＝0.51 L＝510 mL。(2)“混合溶液”过程中，钛元素在
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不同pH下主要以TiOC O 、TiO(C O)和TiO(OH)＋三种形式存在，调节混合液pH在2.8左
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右再进行沉淀，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有TiO(C O)(即b微粒)，“沉淀”时
2 4
的离子方程式为TiO(C O)＋Ba2＋＋4HO===BaTiO(C O)·4H O↓；随着氨水的不断加入，
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溶液的pH不断增大，可以判断c对应钛的形式为TiO(OH)＋。