高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题8 大题题空逐空突破(十四) 化工流程题中Ksp应用集训（含解析）

1．镓是制作高性能半导体的重要原料。工业上常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物，利用该矿渣制镓的工艺流程如下：已知：①镓在元素周期表中位于第四周期ⅢA族，化学性质与铝相似。②lg2＝0.3，lg3＝0.48。③部分物质的Ksp如表所示：物质Zn(OH)2Ga(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp1.6×10－172.7×10－318×10－162.8×10－39(1)加入H2O2的目的是(用离子方程式表示)_______________________________________________________________________________________________________________。(2)调pH的目的是_____________________________________________________________；室温条件下，若浸出液中各阳离子的浓度均为0.01mol·L－1，当溶液中某种离子浓度小于1×10－5mol·L－1时即认为该离子已完全除去，则pH应调节的范围为________________。答案(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O(2)使Fe3＋、Ga3＋沉淀完全而Zn2＋不沉淀5.48<pH<6.6解析(1)Fe2＋具有还原性，H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，反应的离子方程式是：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。(2)根据流程中物质转化关系可知调pH的目的是将Fe3＋、Ga3＋转化为氢氧化物沉淀，Zn2＋不能形成Zn(OH)2，从而与Zn2＋分离；Fe(OH)3和Ga(OH)3属于同种类型，Ksp[Ga(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3]，Ga3＋完全沉淀时Fe3＋已经完全沉淀，浓度小于1×10－5mol·L－1，c(OH－)＝eq\r(3,\f(Ksp[GaOH3],cGa3＋))＝eq\r(3,\f(2.7×10－31,1×10－5))mol·L－1＝3×10－9mol·L－1，c(H＋)＝eq\f(1,3)×10－5mol·L－1，pH＝－lg(eq\f(1,3)×10－5)＝5.48，Zn2＋开始沉淀时c(OH－)＝eq\r(\f(Ksp[ZnOH2],cZn2＋))＝eq\r(\f(1.6×10－17,0.01))mol·L－1＝4×10－8mol·L－1，c(H＋)＝eq\f(1,4)×10－6mol·L－1，pH＝－lg(eq\f(1,4)×10－6)＝6.6，则pH应调节的范围为5.48<pH<6.6。2．偏钒酸镁在化工“新型材料”光电领域有着重要的用途。以硼泥[主要成分是MgO(52.12%)还有Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质]为原料设计制备偏钒酸镁的生产工艺如图所示：“除杂”过程加入双氧水的目的是________________________________________________(用离子方程式表示)。此过程中使Fe3＋、Al3＋浓度均小于1×10－6mol·L－1，在室温下需调节pH的范围是：__________(已知：Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，pH＝9.3时，Mg2＋开始沉淀)。答案2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O5＜pH＜9.3解析加入双氧水可以把Fe2＋氧化为Fe3＋，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。因氢氧化铝的溶解度大于氢氧化铁，根据Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，Fe3＋、Al3＋浓度均小于l×10－6mol·L－1时c(OH－)>eq\r(3,\f(10－33,10－6))mol·L－1＝10－9mol·L－1，pH最小值为5，为防止Mg2＋沉淀，控制pH的最大值为9.3，所以pH的范围是5<pH<9.3。3．工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)母液生产重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程如图所示：上述流程中K2Cr2O7发生氧化还原反应后所得溶液中除含有Cr3＋外，还含有一定浓度的Fe3＋杂质，可通过加碱调pH的方法使两者转化为沉淀。已知c(Cr3＋)＝3×10－5mol·L－1，则当溶液中开始析出Cr(OH)3沉淀时Fe3＋是否沉淀完全？________(填“是”或“否”)。{已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Cr(OH)3]＝6.0×10－31}答案是解析Cr(OH)3开始出现沉淀时，溶液中c3(OH－)＝eq\f(Ksp[CrOH3],cCr3＋)＝eq\f(6.0×10－31,3×10－5)＝2×10－26，若Fe3＋沉淀完全时，c(Fe3＋)应小于10－5mol·L－1，此时溶液中c(Fe3＋)＝eq\f(Ksp[FeOH3],c3OH－)＝eq\f(4.0×10－38,2×10－26)mol·L－1＝2×10－12mol·L－1<1×10－5mol·L－1，说明Fe3＋沉淀完全。4．钨是熔点最高的金属，是重要的战略物资。自然界中黑钨矿的主要成分是FeWO4、MnWO4，还含有少量Si、P、As的化合物。由黑钨矿制备WO3的工艺流程如图：浸出液中的溶质有Na2WO4、Na2SiO3、Na3PO4、Na3AsO4，加入MgSO4、H2SO4将溶液的pH调至9时，溶液中eq\f(cPO\o\al(3－,4),cAsO\o\al(3－,4))＝________。(已知Ksp[Mg3(PO4)2]＝2.0×10－24、Ksp[Mg3(AsO4)2]＝2.0×10－20。)答案10－2解析已知Ksp[Mg3(PO4)2]＝c3(Mg2＋)·c2(POeq\o\al(3－,4))＝2.0×10－24、Ksp[Mg3(AsO4)2]＝c3(Mg2＋)·c2(AsOeq\o\al(3－,4))＝2.0×10－20，将溶液的pH调至9时，溶液中eq\f(cPO\o\al(3－,4),cAsO\o\al(3－,4))＝eq\f(\r(\f(Ksp[Mg3PO42],c3Mg2＋)),\r(\f(Ksp[Mg3AsO42],c3Mg2＋)))＝eq\r(\f(2.0×10－24,2.0×10－20))＝10－2。5．对废银合金触电材料进行分离回收既可以节约矿物资源，又可以减少环境污染。某废银合金触电材料含Ag、Cu、Sn等，现欲利用以下工艺流程回收其中的金属资源。回答问题：常温下，Cu2＋/Sn4＋混合液中c(Cu2＋)＝0.022mol·L－1，将混合液“加热搅拌”后冷却至室温，再加“尿素”调节溶液的pH范围为___。(当溶液中的离子浓度小于10－5mol·L－1时，沉淀完全。已知：Ksp[Sn(OH)4]＝1×10－55；Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20)答案1.5<pH＜5解析调节pH为保证Sn4＋沉淀完全(离子浓度小于10－5mol·L－1)，按c(Sn4＋)＝1×10－5mol·L－1进行计算，根据Ksp[Sn(OH)4]＝1×10－55可得，c(OH－)＝1×10－12.5mol·L－1，则c(H＋)＝1×10－1.5mol·L－1，pH＝1.5，为保证Cu2＋(0.022mol·L－1)不沉淀，按c(Cu2＋)＝0.022mol·L－1进行计算，根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20可得，c(OH－)＝1×10－9mol·L－1，则c(H＋)＝1×10－5mol·L－1，pH＝5，则pH的取值范围1.5<pH＜5。6．锂离子电池的广泛应用同样也要求处理电池废料以节约资源、保护环境。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(由Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成)中的资源，部分流程如图：若滤液②中c(Li＋)＝4mol·L－1加入等体积的Na2CO3后，沉淀中的Li元素占原Li元素总量的95.5%,计算滤液③中c(COeq\o\al(2－,3))＝________。[Ksp(Li2CO3)＝1.62×10－3]答案0.2mol·L－1解析碳酸锂是沉淀，存在难溶电解质的溶解平衡，设两溶液体积均为V，滤液②中c(Li＋)＝4mol·L－1，沉淀中的Li元素占原Li元素总量的95.5%，则沉淀后溶液中锂离子的浓度为eq\f(4mol·L－1×V×1－95.5%,2V)＝0.09mol·L－1，因为Ksp(Li2CO3)＝c2(Li＋)·c(COeq\o\al(2－,3))，故c(COeq\o\al(2－,3))＝eq\f(KspLi2CO3,c2Li＋)＝eq\f(1.62×10－3,0.092)＝0.2mol·L－1。7．工业中利用锂辉石(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、CaO、MgO等)制备钴酸锂(LiCoO2)的流程如下：已知：部分金属氢氧化物的pKsp(pKsp＝－lgKsp)的柱状图如图。回答下列问题：(1)向“浸出液”中加入CaCO3，其目的是除去“酸化焙烧”中过量的硫酸，控制pH使Fe3＋、Al3＋完全沉淀，则pH的范围为________。(保留到小数点后一位。已知：完全沉淀后离子浓度低于1×10－5mol·L－1)(2)常温下，已知Ksp[Mg(OH)2]＝3.2×10－11，Ksp[Fe(OH)3]＝2.7×10－39，若将足量的Mg(OH)2和Fe(OH)3分别投入水中均得到其相应的悬浊液，所得溶液中金属阳离子的浓度分别为______mol·L－1、______mol·L－1。答案(1)pH>4.7(2)2×10－41×10－10解析(1)根据柱状图分析可知，Al(OH)3的Ksp大于Fe(OH)3的，那么使Al3＋完全沉淀的pH大于使Fe3＋完全沉淀的pH，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，c(OH－)＝eq\r(3,\f(Ksp,cAl3＋))＝eq\r(3,\f(1×10－33,1×10－5))mol·L－1≈1×10－9.3mol·L－1，c(H＋)＝1×10－4.7mol·L－1，pH＝4.7，即应pH>4.7。(2)将足量的Mg(OH)2和Fe(OH)3分别投入水中均得到其相应的悬浊液，即为饱和溶液，溶液中离子浓度满足沉淀溶解平衡方程式中化学计量数关系，所以Mg(OH)2悬浊液中c(Mg2＋)＝eq\f(Ksp[MgOH2],c2OH)，c(OH－)＝2c(M