热点强化练16　化工流程中的生产条件的选择和Ksp的应用_05高考化学_通用版（老高考）复习资料_2023年复习资料_一轮复习_2023年高考化学一轮复习讲义+课件（全国版）_赠补充习题

热点强化练 16 化工流程中的生产条件的选择和 K 的应用 sp 1．(2020·安徽马鞍山高三三模)工业上利用软锰矿(主要成分是MnO ，还含有Fe、 2 Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素的氧化物)进行烟气脱硫，并制备MnSO 和Mg(OH) 的 4 2 工艺流程如下图所示。 (1)“沉锰”过程中pH和温度对Mn2＋和Mg2＋沉淀率的影响如下图所示。 ①由图可知，“沉锰”的合适条件是___________________________________。 ②当温度高于45 ℃时，Mn2＋沉淀率减小的原因是__________________________ _____________________________________________________________________ (2)“沉镁”中MgSO 溶液的浓度为0.03 mol·L－1，加入某浓度氨水至溶液体积增 4 加1倍时，恰好使Mg2＋完全沉淀即溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时溶 液中NH ·H O的物质的量浓度为________mol·L－1(计算结果保留2位小数。已知 3 2 K [Mg(OH) ]＝4.9×10－12，K (NH ·H O)＝1.8×10－5)。 sp 2 b 3 2 答案 (1)①45 ℃、pH＝7.5 ②随着温度升高，NH HCO 分解(或NH ·H O分解 4 3 3 2 挥发) (2)1.17 解析 软锰矿的主要成分是MnO ，还含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素，均以氧 2 化物的形式存在，SiO 、MnO 与硫酸不反应，硫酸酸化的软锰矿浆中含有Fe2＋、 2 2 Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋和SiO 、MnO ，通入含有SO 的烟气二氧化硫与软锰矿浆 2 2 2 中的MnO 作用生成Mn2＋和SO，过滤后形成含有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、 2Ni2＋、SO等的浸出液，二氧化硅不反应经过滤成为滤渣 1，向浸出液中加入 MnO ，将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水，调节pH值，使Fe3＋、Al3＋形成 2 Fe(OH) 、Al(OH) 沉淀除去，再向浸出液中加入硫化铵把Zn2＋、Ni2＋转化为NiS 3 3 和ZnS沉淀除去，过滤后得到的滤渣2为NiS和ZnS，向过滤后的滤液中加入氨 水和碳酸氢铵，得到碳酸锰和含有Mg2＋的溶液，向碳酸锰中加入硫酸得到硫酸 锰，向含有Mg2＋的溶液通入氨气，得到氢氧化镁。(1)①由图可知，“沉锰”的合 适条件是：温度控制在45 ℃左右，pH＝7.5左右锰离子的沉淀率最高；②当温度 高于45 ℃时，Mn2＋和Mg2＋沉淀率变化的原因是：沉锰是要加入碳酸氢铵，铵盐 受热易分解，当温度高于45 ℃时，随着温度升高，NH HCO 分解(或NH ·H O分 4 3 3 2 解挥发)，c(CO)下降，所以Mn2＋沉淀率下降；(2)“沉镁”中MgSO 溶液的浓度为 4 0.03 mol·L－1，加入某浓度氨水至溶液体积增加1倍时，MgSO 溶液的浓度减半为 4 0.015 mol·L－1，恰好使Mg2＋完全沉淀即溶液中 c(Mg2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1， K [Mg(OH) ]＝c(Mg2＋)×c2(OH－)＝4.9×10－12，c2(OH－)＝＝＝4.9×10－7，c(OH sp 2 －)＝7×10－4 mol·L－1，NH 通入0.015 mol·L－1 MgSO 溶液中，Mg2＋恰好完全沉淀 3 4 时生成硫酸铵，c(NH)＝2c(SO)＝2×0.015 mol/L＝0.03 mol/L，一水合氨是弱电解 质，电离方程式为：NH ·H ONH＋OH－，K (NH ·H O)＝＝＝1.8×10－5，则 3 2 b 3 2 NH ·H O的物质的量浓度为≈1.17 mol/L。 3 2 2．(2020·山东日照高三一模)铋(83号元素)主要用于制造合金，铋合金具有凝固时 不收缩的特性，用于铸造印刷铅字和高精度铸型。湿法提铋新工艺以氧化铋渣(主 要成分为Bi O ，含有PbO、Ag O、CuO杂质)为原料提Bi的工艺流程如下： 2 3 2 已知：Ⅰ.BiOCl不溶于水，加热至700 ℃就分解生成BiCl ，BiCl 的沸点为447 3 3 ℃。 Ⅱ.25 ℃时，K [Cu(OH) ]＝1.2×10－20；K (PbCl )＝1.17×10－5。 sp 2 sp 2 (1)“浸出”时，在盐酸浓度0.75 mol·L－1、浸出温度70 ℃、浸出时间2 h及不同浸 出液固比条件下进行浸出实验，浸出率与液固比的关系如图所示，最合适的液固 比应选________。(2)“沉铜”时，向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH，促进Cu2＋水解生成 Cu (OCl) ，则此过程中Cu2＋水解的离子方程式为_______________________ 3 2 ___________________________________________________________________。 若“滤液Ⅱ”中c(Cu2＋)为0.01 mol·L－1，当加入等体积的NaOH溶液时，pH恰好 为6，出现沉淀Cu(OH) ，此时Cu2＋的去除率为________(忽略溶液体积变化)。 2 答案 (1)3 (2)3Cu2＋＋2H O＋2Cl－===Cu (OCl) ↓＋4H＋ 97.6% 2 3 2 解析 (1)由图像可知，液固比为3、4时铋的浸出率较高，以节约原料为原则，液 固比为3时最为合适； (2)“沉铜”时，向滤液Ⅱ中加入 NaOH 溶液调节 pH，促进 Cu2＋水解生成 Cu (OCl) ，反应的离子方程式为：3Cu2＋＋2H O＋2Cl－===Cu (OCl) ↓＋4H＋，加 3 2 2 3 2 入等体积的NaOH溶液时，pH＝6，溶液中c(H＋)＝10－6 mol·L－1，则c(OH－)＝10－ 8 mol·L－1，由于K [Cu(OH) ]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，则c(Cu2＋)＝0.000 12 mol/L， sp 2 n(Cu2＋)＝0.000 12 mol/L×2V L＝0.000 24V mol，则去除的 Cu2＋的物质的量为 0.01V mol－0.000 24V mol＝0.009 76V mol，Cu2＋的去除率为×100%＝97.6%。 3．(2020·湖北襄阳市多校联考)二次电池锂离子电池广泛应用于手机和电脑等电 子产品中。某常见锂离子电池放电时电池的总反应为： Li CoO ＋ 1－x 2 Li C ===LiCoO ＋C (x<1)。2018 年中国回收了全球可回收锂离子电池总量的 x 6 2 6 69%。但现阶段我国废旧电池回收仍属于劳动密集型产业，效率仍需提高。一种回 收该锂离子电池中的锂和钴的流程： 已知：①Na S O 是一种中等强度的还原剂，遇强酸分解 2 2 3 ②Li CO 溶解度随温度升高而减小 2 3(1)控制氢离子浓度为4 mol/L，反应温度90 ℃，测得相同时间内离子的浸出率与 Na S O 溶液的变化关系如图。则酸浸时应选用浓度为________mol/L的Na S O 2 2 3 2 2 3 溶液。Na S O 溶液浓度增至0.3 mol/L时，LiCoO 的浸出率明显下降，可能的原 2 2 3 2 因是________________________________________________________ ____________________________________________________________(用化学方 程式结合文字说明)。 (2)已知 15 ℃左右 Li CO 的 K 为 3.2×10－2，该温度下 Li CO 的溶解度约为 2 3 sp 2 3 ________g。将萃取后的Li SO 溶液加热至95 ℃，加入饱和Na CO 溶液，反应10 2 4 2 3 min，________________(填操作)得Li CO 粉末。 2 3 答案 (1)0.25 Na S O ＋H SO ===Na SO ＋S↓＋SO ↑＋H O，反应中产生硫 2 2 3 2 4 2 4 2 2 单质，附着在固体表面阻止反应进行 (2)1.48 趁热过滤、洗涤、干燥 解析 (1)通过酸浸，加入Na S O 溶液，将Cu、Al、Ni与Li、Co分离，提高Li、Co 2 2 3 离子的浸出率，当 Li、Co 离子的浸出率最高时，Na S O 溶液的浓度为 0.25 2 2 3 mol/L；Na S O 溶液浓度增至0.3 mol/L时，Na S O 是一种中等强度的还原剂，遇 2 2 3 2 2 3 强酸分解，发生反应为：Na S O ＋H SO ===Na SO ＋S↓＋SO ↑＋H O，反应中 2 2 3 2 4 2 4 2 2 产生硫单质，附着在固体表面阻止反应进行，导致LiCoO 的浸出率明显下降； 2 (2)溶解度是指一定温度下达到饱和时，100 g水中溶解溶质的质量，15 ℃左右， 100 g水的体积100 mL，根据Li CO 2Li＋＋CO，c(Li＋)＝2c(CO)，K (Li CO ) 2 3 sp 2 3 ＝c2(Li＋)×c(CO)＝[2c(CO)]2×c(CO)＝4[c(CO)]3＝3.2×10－2，c(CO)＝＝＝ 0.2(mol/L)，则溶解的Li CO 的物质的量＝0.2 mol/L×0.1 L＝0.02 mol，溶解的 2 3 Li CO 的质量＝0.02 mol×74 g/mol＝1.48 g；将萃取后的Li SO 溶液加热至95 2 3 2 4 ℃，加入饱和Na CO 溶液，反应10 min，Li CO 溶解度随温度升高而减小，应趁 2 3 2 3 热过滤，洗涤，干燥获得Li CO 粉末。 2 3 4．(2020·河北衡水中学高三联考)我国黄铜矿的储量比较丰富，主要产地集中在 长江中下游地区、川滇地区、山西南部、甘肃的河西走廊以及西藏高原等地。黄铜矿是一种铜铁硫化物矿物，外观黄铜色，主要成分是CuFeS ，还含有少量的SiO 2 2 和Ni、Pb、Ag、Au等元素。为实现黄铜矿的综合利用，设计了如下的工艺流程。 已知：①a、b、c均为整数；②CuCl＋2Cl－CuCl。 废电解液中含有少量的Pb2＋，从废电解液中除去Pb2＋的方法是往其中通入H S 2 至饱和，使Pb2＋转化为硫化物沉淀，若废电解液的pH＝4，为保证不生成NiS沉 淀，Ni2＋浓度应控制在________以下。[已知：饱和H S溶液中c(H S)为0.1 mol/L， 2 2 H S的电离常数K ＝1.0×10－7，K ＝2.0×10－15，K (NiS)＝1.4×10－16] 2 a1 a2 sp 答案 0.07 mol/L 解析 本题中存在两个流程，第一个流程目的是以黄铜矿为原料生产碱式氯化铜 黄铜矿(主要含CuFeS 及少量Fe O 、SiO 等)，加入稀盐酸酸浸，SiO 不溶于稀盐 2 2 3 2 2 酸，溶液中浸出Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋等离子，加入H O 溶液，酸性条件下H O 将Fe2＋ 2 2 2 2 氧化为Fe3＋，加入氨水调节溶液pH，使Fe3＋形成Fe(OH) 沉淀除去Fe3＋，进行操 3 作Ⅰ过滤，得到SiO 、Fe(OH) 滤渣，溶液中则存在Cu2＋为主，还存在SO，加入Cu 2 3 和NaCl溶液，反应生成CuCl沉淀，经过操作Ⅱ过滤得到CuCl(s)和滤液，加入 H O和O 发生反应Ⅲ，得到碱式氯化铜；第二个流程中先将黄铜矿隔绝空气焙烧 2 2 得到Cu S和FeS等，加入石英砂通入空气焙烧，生成Cu O、Cu，熔渣为Fe O 等， 2 2 2 3 Cu O、Cu与铝在高温下发生铝热反应得到粗铜，电解可得到精铜。饱和H S溶液 2 2 中c(H S)为0.1 mol/L，溶液pH＝4，则溶液中c(H＋)＝10－4 mol/L，根据K ＝＝ 2 a1 1.0×10－7，可解得c(HS－)约为10－4 mol/L，根据K ＝＝2.0×10－15，解得溶液中 a2 c(S2－)约为2.0×10－15 mol/L，K (NiS)＝1.4×10－16＝c(Ni2＋)·c(S2－)，所以为保证 sp 不生成NiS沉淀，Ni2＋浓度应小于＝ mol·L－1＝0.07 mol·L－1 。 5．(2020·湖北黄冈中学高三测试)2019年诺贝尔化学奖授予锂离子电池的发明者 锂离子电池是目前应用广泛的一类电池。以钛铁矿(主要成分为FeTiO ，含有少量 3 MgO、Fe O 、SiO 等杂质)为原料，制备锂离子电池电极材料的工艺流程如图所示： 2 3 2已知：①滤液1中含Ti微粒的主要存在形式为TiO2＋； ②K (FePO )＝1.3×10－22、K [Mg (PO ) ]＝1.0×10－24；溶液中某离子浓度小于等 sp 4 sp 3 4 2 于10－5 mol·L－1时，认为该离子沉淀完全。 请回答下列问题： “转化Ⅰ”后所得溶液中c(Mg2＋)＝0.01 mol·L－1，若其中Fe3＋沉淀完全，则溶液 中c(PO)的范围为__________________________________________________ ___________________________________________________________________。 答案 1.3×10－17 mol/L≤c(PO)<1.0×10－9 mol/L 解析 铁矿石加入硫酸溶解过滤得到滤渣为二氧化硅，滤液1为MgCl 、FeCl 、 2 3 TiOSO ，加铁粉与过量硫酸反应并调pH，滤液中TiO2＋水解得到H TiO ，加入过 4 2 3 氧化氢和氨水、氢氧化锂溶液得到沉淀 Li Ti O ，加入碳酸锂煅烧得到钛酸锂 2 5 15 Li Ti O ，滤渣2加入过氧化氢氧化亚铁离子，加入磷酸得到沉淀磷酸铁，加入碳 4 5 12 酸锂和草酸煅烧得到磷酸亚铁锂 LiFePO 。Fe3＋刚好沉淀完全时，c(PO)＝＝＝ 4 1.3×10－17(mol/L)，要保证Fe3＋沉淀完全，c(PO)应该≥1.3×10－17 mol/L；c(Mg2＋) ＝0.01 mol·L－1，若刚好产生沉淀，c(PO)＝＝＝1.0×10－9(mol/L)，而按题意分析 应不能使镁离子沉淀，故 c(PO)<1.0×10－9 mol/L，故答案为：1.3×10－17 mol/L≤c(PO)<1.0×10－9 mol/L。 6．(2020·河北石家庄市高三阶段考)一种从乙醛工业中产生的废钯(Pd)催化剂(钯 5～6%，炭93～94%，铁、铜、锌、镍1～2%)中提取PdCl 和CuCl 的工艺流程如图 2 2 所示： 已知：钯、铜、锌、镍可与氨水形成Pd(NH )等络离子。请回答： 3(1)“酸溶”时，Pd转化为PdCl ，其化学方程式为_________________________ 2 ____________________________________； 该过程需控温70～80 ℃，温度不能太低或太高的原因为___________________ ___。 (2)“络合”时，溶液的pH需始终维持8～9，则络合后溶液中含铁离子的浓度 ≤________。[已知：Fe(OH) 、Fe(OH) 的K 分别为4×10－17、2.8×10－39] 2 3 sp 答案 (1)Pd＋3HCl＋HNO ===PdCl ＋NOCl＋2H O 温度太低反应速率过慢， 3 2 2 温度太高王水易分解挥发 (2)2.8×10－21 mol·L－1 解析 (1)“酸溶”时，Pd被氧化为PdCl ，根据流程图可知，酸溶时的还原产物 2 为NOCl，其化学方程式为Pd＋HNO ＋3HCl===PdCl ＋NOCl＋2H O，该过程需 3 2 2 控温70～80 ℃，温度过低会，导致反应速率比较慢，温度过高时，王水会挥发分 解。 (2)加入王水后，溶液中铁元素以Fe3＋ 形式存在，加氨水络合后，溶液pH维持在 8～9，当pH＝8 时，c(Fe3＋) 最大，最大为 ＝＝2.8×10－21(mol·L－1)，故络合后含 铁离子浓度≤2.8×10－21 mol·L－1。 7．(2020·福建厦门市高三模拟)以含锂电解铝废渣(主要成分为LiF、AlF 、NaF，少 3 量CaO等)为原料，生产高纯度LiOH的工艺流程如图：(已知：常温下，LiOH可溶 于水，Li CO 微溶于水) 2 3 40 ℃下进行“碱解”，得到粗碳酸锂与氢氧化铝的混合滤渣，生成氢氧化铝的离 子方程式为_______________________________________________________； 若碱解前滤液中c(Li＋)＝4 mol·L－1，加入等体积的Na CO 溶液后，Li＋的沉降率 2 3 到99%，则“滤液2”中c(CO)＝________mol·L－1。[K (Li CO )＝1.6×10－3] sp 2 3 答案 2Al3＋＋3CO＋3H O===2Al(OH) ↓＋3CO ↑ 4 2 3 2 解析 40 ℃下进行“碱解”，得到粗碳酸锂与氢氧化铝的混合滤渣，生成氢氧化 铝主要是碳酸根和铝离子发生双水解，其离子方程式为 2Al3＋＋3CO＋3H O===2Al(OH) ↓＋3CO ↑；若碱解前滤液中c(Li＋)＝4 mol·L－1，加入等体积 2 3 2 的Na CO 溶液后，Li＋的沉降率到99%，则此时溶液中c(Li＋)＝＝0.02 mol·L－1， 2 3 根据K (Li CO )＝c2(Li＋)·c(CO)＝0.022×c(CO)＝1.6×10－3，得到“滤液2”中 sp 2 3 c(CO)＝4 mol·L－1。