2023届高中化学人教版二轮专题复习第60讲-流程中的定量计算（学案）

第60讲-流程中的定量计算知识重构化学工艺流程中常见的计算模型(一)常数相关计算1．溶度积常数计算①Qc＞Ksp：溶液过饱和，有沉淀析出②Qc＝Ksp：溶液饱和，处于平衡状态③Qc＜Ksp：溶液未饱和，无沉淀析出2．电离平衡常数与溶度积常数的关联M(OH)n(s)Mn＋(aq)＋nOH－(aq)Ksp＝c(Mn＋)·cn(OH－)＝cOH-n·cn(OH－)＝cn+1OH-n＝eq\f(1,n)(eq\f(Kw,10－pH))n＋3．水解平衡常数与溶度积常数的关联Fe3+(aq)+3H2O(aq)Fe(OH)3(s)+3H+(aq)Kh＝EQ\f(c3(H+),c(Fe3+))＝EQ\f(c3(H+)·c3(OH−),c(Fe3+)·c3(OH−))＝EQ\f(KW3,Ksp)4．化学平衡常数与溶度积常数的关联2Fe3+(aq)+2Mg(OH)2(s)2Fe(OH)3(s)+3Mg2+(aq)K＝EQ\f(Ksp3[Mg(OH)2],Ksp2[Fe(OH)3])CdS(s)＋2H＋(aq)Cd2＋(ad)＋H2S(aq)K＝Ksp/(Ka1·Ka2)(二)热重曲线计算模型1．一般设晶体为1

mol。2．失重一般规律是先失水，然后再失非金属氧化物。3．计算每步的m余，EQ\f(m余,m(1mol晶体质量))×100%＝固体残留率。4．晶体中金属质量不减少，仍在m余中。5．失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m(O)，由n(金属)∶n(O)，即可求出失重后物质的化学式。(三)氧化还原(电化学)计算：利用得失电子守恒判断电子转移、物质间计量关系。(四)产率、纯度、含量计算：利用化学反应判断物质间的计量关系，常见：气体法、沉淀法、滴定法等。二、重温经典1.(2022全国乙卷26题)废旧铅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PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.5×10-87.4×10-141.1×10-102.6×10-9一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：金属氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Pb(OH)2开始沉淀的pH完全沉淀的pH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________。【答案】(1)

PbSO4(s)+CO32-(aq)=PbCO3(s)+SO42-(aq)

反应PbSO4(s)+CO32-(aq)=PbCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K=EQ\f(c(SO42－),c(CO32－))=EQ\f(c(SO42－)·c(Pb2+),c(CO32－)·c(Pb2+))=EQ\f(Ksp(PbSO4),Ksp(PbCO3))=EQ\f(×10－8,7.4×10－14)×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3。(2)反应BaSO4(s)+CO32-(aq)=BaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K=EQ\f(c(SO42－),c(CO32－))=EQ\f(c(SO42－)·c(Ba2+),c(CO32－)·c(Ba2+))=EQ\f(Ksp(BaSO4),Ksp(BaCO3))=EQ\f(×10－10,2.6×10－9)<<105，反应正向进行的程度有限。【解析】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，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。(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)+CO32-(aq)=PbCO3(s)+SO42-(aq)，由一些难溶电解质的溶度积常数的数据可知，Ksp(PbCO310-14，Ksp(PbSO410-8，反应PbSO4(s)+CO32-(aq)=PbCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K=EQ\f(c(SO42－),c(CO32－))=EQ\f(c(SO42－)·c(Pb2+),c(CO32－)·c(Pb2+))=EQ\f(Ksp(PbSO4),Ksp(PbCO3))=EQ\f(×10－8,7.4×10－14)×105>105，说明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)+CO32-(aq)=BaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K=EQ\f(c(SO42－),c(CO32－))=EQ\f(c(SO42－)·c(Ba2+),c(CO32－)·c(Ba2+))=EQ\f(Ksp(BaSO4),Ksp(BaCO3))=EQ\f(×10－10,2.6×10－9)<<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。2.(2021湖北16题)废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值，其主要组成为CuInGaSe2。某探究小组回收处理流程如图：回答下列问题：(3)25℃时，已知：Kb(NH3·H2O)≈2.0×10-5，Ksp[Ga(OH)3]≈1.0×10-35，Ksp[In(OH)3]≈1.0×10-33，Ksp[Cu(OH)2]≈1.0×10-20，“浸出液”中c(Cu2+)=0.01mol·L-1。当金属阳离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1时沉淀完全，In3+恰好完全沉淀时溶液的pH约为_________(保留一位小数)；若继续加入6.0mol·L-1氨水至过量，为探究Ga(OH)3在氨水中能否溶解，计算反应Ga(OH)3+NH3·H2O[Ga(OH)4]-+NH的平衡常数K=___________________。(已知：Ga3++4OH-[Ga(OH)4]-K′=EQ\f(c[Ga(OH)4-],c(Ga3+)·c4(OH−))≈1.0×1034)【答案】4.72.0×10—6【解析】当金属阳离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1时沉淀完全，代入Ksp[In(OH)3]≈1.0×10-33，计算pH约为；Ga(OH)3+NH3·H2O[Ga(OH)4]-+NH的平衡常数K，要进行变式，利用Kb(NH3·H2O)≈2.0×10-5，Ksp[Ga(OH)3]≈1.0×10-35，K′=EQ\f(c[Ga(OH)4-],c(Ga3+)·c4(OH−))≈1.0×1034进行计算。即In3+恰好完全沉淀时c(OH―)=eq\r(3,\f(1.0×10-33,1.0×10-5))≈1.0×10-，c(H+)=1.0×10，故答案是；蓝色沉淀是氢氧化铜，继续滴加氨水会生成四氨合铜离子，这时氢氧化铜会溶解，故答案是蓝色沉淀溶解，溶液变成深蓝色；由反应方程式可知K＝EQ\f(c[Ga(OH)4-]·c(NH4+)·c(OH−),c(NH3·H2O)·c(OH−))，由K′=EQ\f(c[Ga(OH)4-],c(Ga3+)·c4(OH−))≈1.0×1034，得K＝EQ\f(1.0×1034×c(Ga3+)×c4(OH−)×c(NH4+)×c(OH−),c(NH3·H2O)×c(OH−))＝EQ\f(1.0×1034×c(Ga3+)×c3(OH−)×c(NH4+)×c(OH−),c(NH3·H2O))＝1.0×1034×Ksp[Ga(OH)3]×Kb(NH3▪H2O)，代入数据可知K=2.0×10-6。或Ga(OH)3(s)Ga3+(aq)+3OH—(aq)、Ga3++3OH—[Ga(OH)4]—、NH3·H2ONH4++OH—三个反应叠加可以得到Ga(OH)3(s)+NH3·H2O[Ga(OH)4]—+NH4+，则该平衡常数K=Ksp[Ga(OH)3]·K′·Kb=1.0×10—35×1.0×1034×2.0×10—5=2.0×10—63.（2021辽宁选择性考试模拟演练）高锰酸钾生产过程中产生的废锰渣(主要成分为MnO2、KOH、MgO和Fe2O3)可用于制备MnSO4晶体，工艺流程如下：该工艺条件下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+Mn2+Mg2+开始沉淀pH完全沉淀pH回答以下问题：（6）取0.1510gMnSO4固体，溶于适量水中，加硫酸酸化，用过量NaBiO3(难溶于水)将其完全氧化为，过滤，洗涤，洗涤液并入滤液后，加入0.5360gNa2C2O4固体，充分反应后，用0.0320mol/LKMnO4溶液滴定，用去20.00mL，计算样品中MnSO4的质量分数_______(保留三位有效数字)。【答案】98.0%。【解析】此题是采用间接测定法测MnSO4的含量，根据题意，与由样品产生的反应的物质的量=总的的物质的量-滴定消耗的物质的量，由此计算。加入的Na2C2O4的物质的量为，由方程式可知，剩余的的物质的量为，由此得与由样品产生的反应的物质的量为，即样品中MnSO4的物质的量为，其质量分数为=98.0%，故填98.0%。4.（2020年全国Ⅲ卷-27）某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：金属离子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+开始沉淀时(c＝mol·L－1)的pH沉淀完全时(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH（4）利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp＝(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是。【答案】PH范围是。【解析】Ni(OH)2的Ksp可用开始沉淀或沉淀完全的数据去计算，开始沉淀的Ksp=c(Ni2+)×c2(OH-)=0.01×(10−14)2也可以用沉淀完全时计算Ksp=c(Ni2+)×c2(OH-)=10−5×(10−14)2，把Ni2+浓度1.0mol·L−1代入Ksp，可求出pH为，即为pH最高点，同时也要保证Fe3+完全沉淀，故PH范围是。5.（2021年唐山市模拟卷-16）废旧铅蓄电池会导致铅污染，国内外对废蓄电池的湿法处理进行了广泛研究，RSR工艺回收铅是其成果之一，具体化工流程如下：已知：I．铅膏主要成分是PbO2、PbSO4；II．HBF4是强酸；III．KSP(PbSO4)＝1.6×10—8、KSP(PbCO3)＝7.4×10—14。回答下列问题：（6）已知焙烧PbCO3可制得铅的氧化物，为了研究其产物成分取5.34gPbCO3进行焙烧，其热重曲线如下图所示，请写出350oC时所得铅的氧化物的化学式_____。【答案】铅的氧化物Pb2O3。【解析】由于焙烧PbCO3可制得铅的氧化物，根据原子守恒和质量守恒可知5.34gPbCO3中Pb为，所以350oC时所得铅的氧化物中含Pb为，m(O)＝－0.02×207＝，n(O)＝，所以此时铅的氧化物Pb2O3。三、模型建构1.流程中速率、产率和转化率的设问点2.理清概念概念名称定义式考向措施速率速率（v）=转化量/时间考查提高速率的措施在原料的预处理阶段和反应条件控制阶段进行考查，考查加快反应速率常采取的措施：粉碎、研磨、搅拌、适当升高温度、适当增大浓度、加入催化剂等。产率产率＝