高三二轮高效复习主题巩固卷化学（单选）电离常数溶度积常数的有关计算

[课下巩固检测练(三十四)]电离常数、溶度积常数的有关计算(非选择题每题10分)1．(2025·云南昆明模拟)充分利用钴资源具有重要意义。以某湿法炼锌厂产出的高钴渣(含Co、Zn、Pb、Cu、Fe、Cd、Mn等金属元素)为原料回收钴和锰的一种工艺流程如下：已知：①除Cd后的滤液中含有Co2+和Mn2+。②pH<3.7时，Co2+还原性小于Mn2+，pH>3.7时，Co2+还原性大于Mn2+。③部分金属离子形成氢氧化物完全沉淀的pH如下表：金属离子Fe2+Fe3+Co2+Zn2+Mn2+完全沉淀的pH8.33.28.78.210.1④不同pH下，Co2+被Na2S2O8氧化的产物如下表：pHpH<33<pH<66<pH<6.2Co2+的氧化产物CoO2Co(OH)3Co3O4回答下列问题：(1)滤渣1的主要成分为____________(填化学式)。(2)“沉铁”步骤中加入产品1的作用是__________________，该步骤中调节pH的范围可以为______(填字母)。a．pH＜2.8b．4.0＜pH＜4.5c．8.2＜pH＜10.1(3)Cd与Zn同族，“置换”步骤中发生反应的离子方程式为_______________________________________________________________________。(4)“步骤3”中发生主要反应的离子方程式为__________________________，滤液中存在的主要金属离子除Na＋外还有________(填离子符号)。(5)沉淀前后Mn2+的浓度分别为0.69g·L1和1.5×104g·L1，若溶液体积不变，则锰的沉淀率为___________%(保留小数点后两位)。解析：高钴渣(含Co、Zn、Pb、Cu、Fe、Cd、Mn等金属元素)加入过量稀硫酸进行酸浸，生成难溶于水的PbSO4，Co、Zn、Cu、Fe、Cd、Mn等金属元素均生成相应的可溶性盐，向滤液中加入Na2S溶液，将Cu2+转化为CuS沉淀除去，故滤渣1的主要成分为CuS，向溶液中加入MnO2，调节pH，并将Fe2+氧化为Fe3+，将Fe3+转化为Fe(OH)3而除去，故滤渣2的主要成分为Fe(OH)3，加入Zn将溶液中的Cd2+置换为Cd而除去，向溶液中加入Na2S2O8溶液调节pH＝3，将Mn2+氧化为MnO2而除去，故产品1为MnO2，再继续加入Na2S2O8溶液调节pH＝5，由已知④得，生成的产物为Co(OH)3，反应的离子方程式为2Co2+＋S2Oeq\o\al(2,8)＋6H2O=2Co(OH)3↓＋2SOeq\o\al(2,4)＋6H＋，过滤得到滤液，滤液中还含有的金属离子除Na＋外还有Zn2+。(5)沉淀前后Mn2+的浓度分别为0.69g·L1和1.5×104g·L1，若溶液体积不变，则锰的沉淀率为eq\f(0.69g·L1－1.5×104g·L1,0.69g·L1)×100%≈99.98%。答案：(1)CuS(2)调节pH，将Fe2+氧化为Fe3+b(3)Zn＋Cd2+=Cd＋Zn2+(4)2Co2+＋S2Oeq\o\al(2,8)＋6H2O=2Co(OH)3↓＋2SOeq\o\al(2,4)＋6H＋Zn2+(5)99.98%2．以水钴矿(Co2O3·H2O，含Fe2O3、MgO、CaO)和辉铜矿(Cu2S，含SiO2、Fe2O3)为原料制取胆矾和单质钴。已知：①常温下，Ksp(MgF2)＝6.25×109，Ksp(CaSO4)＝7.1×107，Ksp(CoCO3)＝2.4×107；②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：金属离子Fe3+Fe2+Co2+Cu2+开始沉淀时(c＝0.01mol·L1)的pH2.77.57.64.7完全沉淀时(c＝105mol·L1)的pH3.79.09.16.2③萃取Cu2+的反应原理：Cu2+＋2HR⥬CuR2＋2H＋；④Mg、Ca、Fe、Co均能与强酸反应产生H2。回答下列问题：(1)常温下，“滤液1”中(Fe元素都以Fe3+形式存在)加“氧化铜”调pH不小于____________。(2)常温下，若“滤液2”中c(Mg2+)＝0.015mol·L1(忽略溶液中极少量的Ca2+)，除去2L“滤液2”中的Mg2+，至少需加入NaF固体的质量为________g(忽略溶液体积的变化)。(3)将制得的胆矾配成溶液，先加入足量氨水，得到深蓝色溶液，再通入SO2至弱酸性，生成白色沉淀。经仪器分析：白色沉淀含H、N、O、S、Cu五种元素，且N(Cu)∶N(N)∶N(S)＝1∶1∶1；所含Cu离子中无单电子；晶体的部分组成微粒的空间结构分别为三角锥形和正四面体形。则白色沉淀的化学式为____________。解析：向水钴矿(Co2O3·H2O，含Fe2O3、MgO、CaO)和辉铜矿(Cu2S，含SiO2、Fe2O3)中加硫酸进行溶解，滤渣1主要成分为SiO2和CaSO4；溶解过程中Co3+将Cu2S氧化，自身被还原为Co2+；加入氧化铜调节pH，滤渣2主要成分为Fe(OH)3，加入NaF，滤渣3主要成分为MgF2，加入萃取剂对Cu2+进行萃取，将Cu2+和Co2+分离，分离后加入试剂a(硫酸)进行反萃取得到含CuSO4的溶液，经操作得到胆矾；萃取后水相中加入碳酸钠将Co2+沉淀得到CoCO3，加盐酸溶解后对溶液进行电解得Co。(1)为确保Fe3+完全沉淀，应调pH不小于3.7。(2)“滤液2”中c(Mg2+)＝0.015mol·L1，除去后认为溶液中c(Mg2+)≤105mol·L1，此时溶液中c(F－)＝eq\r(\f(Ksp(MgF2),c(Mg2+)))＝eq\r(\f(6.25×109,1×105))mol·L1＝2.5×102mol·L1，该反应过程中Mg2+浓度变化：(0.015－0.00001)mol·L1，则消耗NaF物质的量浓度c(NaF)＝2c(Mg2+)＝0.02998mol·L1，“滤液2”体积为2L，至少需加入NaF固体的质量：0.05498mol·L1×2L×42g·mol1≈4.62g。答案：(1)3.7(2)4.62(3)CuNH4SO33．(2024·广东高考节选)在非水溶剂中研究弱酸的电离平衡具有重要科学价值。一定温度下，某研究组通过分光光度法测定了两种一元弱酸HX(X为A或B)在某非水溶剂中的Ka。a．选择合适的指示剂HIn，Ka(HIn)＝3.6×1020；其钾盐为KIn。b．向KIn溶液中加入HX，发生反应：In－＋HX⥬X－＋HIn。KIn起始的物质的量为n0(KIn)，加入HX的物质的量为n(HX)，平衡时，测得c平(In－)/c平(HIn)随n(HX)/n0(KIn)的变化曲线如图。已知：该溶剂本身不电离，钾盐在该溶剂中完全电离。(1)计算Ka(HA)__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(写出计算过程，结果保留两位有效数字)(2)在该溶剂中，Ka(HB)________Ka(HA)；Ka(HB)________Ka(HIn)。(填“>”“<”或“＝”)解析：(2)当eq\f(n(HB),n0(KIn))＝1.0时，设此时转化的HB的物质的量浓度为ymol/L，可列出三段式如下： In－＋HB ⥬ B－ ＋ HIn起始浓度/(mol/L)c0 c0 0 0转化浓度/(mol/L)y y y y平衡浓度/(mol/L)c0－yc0－y y y此时eq\f(c平(In－),c平(HIn))<1.0，即eq\f(c0－y,y)<1.0，则y>0.5c0，则平衡常数K2＝eq\f(Ka(HB),Ka(HIn))>1，Ka(HB)>Ka(HA)，Ka(HB)>Ka(HIn)。答案：(1)由变化曲线图可知，当eq\f(n(HA),n0(KIn))＝1.0时，eq\f(c平(In－),c平(HIn))＝3.0，设初始c0(KIn)＝c0mol/L，则初始c(HA)＝c0mol/L，转化的物质的量浓度为xmol/L，可列出三段式如下： In－＋HA⥬A－＋HIn起始浓度/(mol/L)c0 c0 00转化浓度/(mol/L)x x xx平衡浓度/(mol/L)c0－xc0－xxx由eq\f(c平(In－),c平(HIn))＝3.0，即eq\f(c0－x,x)＝3.0，解得x＝0.25c0，则该反应的平衡常数为K1＝eq\f(c(A－)·c(HIn),c(In－)·c(HA))＝eq\f(c(A－)·c(HIn)·c(H＋),c(In－)·c(HA)·c(H＋))＝eq\f(Ka(HA),Ka(HIn))＝eq\f(0.25c0×0.25c0,0.75c0×0.75c0)＝eq\f(Ka(HA),3.6×1020)解得Ka(HA)＝4.0×1021(2)＞＞4．(2023·湖北高考节选)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下：回答下列问题：已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×1015，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中Co2+浓度为________mol·L1。“850℃煅烧”时的化学方程式为___________________________________________________________________________。答案：5.9×1076Co(OH)2＋O2eq\o(=,\s\up7(850℃))2Co3O4＋6H2O5．钴基变形高温合金是指含钴40%～70%的铸造合金，具有较好的抗氧化和抗热腐蚀性。制备某钴基变形高温合金的废料中主要含有Co2O3，还含有少量Fe2O3、SiO2及铝、镁、钙等金属元素的氧化物。用该废料采用酸溶法回收Co2O3的工业流程如图所示。已知：①“溶浸”液中含有的阳离子主要有H＋、Co2+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。②部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和沉淀完全(c＝1×105mol·L1)时的pH见下表。沉淀物Co(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀时的pH6.67.62.73.49.2沉淀完全时的pH9.29.63.24.711.1已知：25℃时，Ksp(MgF2)＝7.35×1011、Ksp(CaF2)＝1.05×1010。向“滤液2”中加入NaF溶液的目的是将溶液中的Ca2+与Mg2+转化为氟化物沉淀。如果“滤液2”中的c(Mg2+)＝c(Ca2+)，则开始滴加NaF溶液时，首先析出的沉淀是__________(填化学式)，已知当加入过量NaF溶液后，所得滤液中eq\f(c(Mg2+),c(Ca2+))＝____________。解析：加入氟化钠溶液的目的是将溶液中的钙离子、镁离子转化为氟化