高三化学一轮复习讲义 56　第一篇　第四部分　专题8　第43讲　化工流程中的Ksp计算与溶解平衡图像(能力课)

第43讲化工流程中的Ksp计算与溶解平衡图像(能力课)1．灵活掌握化工流程中Ksp的有关计算及其应用。2．学会分析沉淀溶解平衡图像。化工流程中Ksp的有关计算及应用1．化工流程中Ksp有关计算的常考角度常考角度解题策略根据定义式或者数形结合求Ksp，或者判断沉淀金属离子所需pH直接根据Ksp(AmBn)＝cm(An＋)·cn(Bm－)解答，如果已知溶解度，则化为物质的量浓度再代入计算沉淀先后的计算与判断(1)沉淀类型相同，则Ksp小的化合物先沉淀(2)沉淀类型不同，则需要根据Ksp计算出沉淀时所需离子浓度，所需离子浓度小的先沉淀根据含同种离子的两种化合物的Ksp数据，求溶液中不同离子的比值如果溶液中含有I－、Cl－等离子，向其中滴加AgNO3溶液，当AgCl开始沉淀时，求溶液中cI-cCl-判断沉淀的生成或转化把离子浓度数值代入Ksp表达式，若数值大于Ksp，沉淀可生成或转化为相应难溶物质2．沉淀开始和沉淀完全时溶液pH的计算方法对于M(OH)n(s)⥬Mn＋(aq)＋nOH－(aq)判断开始沉淀与沉淀完全时的pH：(1)开始沉淀时的pH求法：c(OH－)＝nKspcMn+，c(H＋)(2)沉淀完全时的pH求法：当该离子的浓度小于1.0×10-5mol·L-1时，认为已经沉淀完全，c(OH－)＝nKsp1.0×10-5mol·L-1，结合Kw求出c(H3．常见定量关系(1)多元难溶弱碱的Ksp与对应阳离子的水解常数Kh的关系(以Fe3+为例)Fe3+(aq)＋3H2O(l)⥬Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)Kh＝c3H+cF(2)M(OH)n悬浊液中Ksp、Kw、pH间关系，M(OH)n(s)⥬Mn＋(aq)＋nOH－(aq)Ksp＝c(Mn＋)·cn(OH－)＝cOH-n·cn(OH－)＝(3)沉淀转化常数K与Ksp的关系，如3Mg(OH)2(s)＋2Fe3+(aq)⥬2Fe(OH)3(s)＋3Mg2+(aq)的K＝c3Mg2+c1．(2024·江苏苏锡常镇四市调研)以电镀废水(主要成分为K2Cr2O7及少量Fe3+)为原料获得Cr2O3的过程如下：已知：①常温下，BaCr2O7易溶于水。部分难溶物的溶度积常数如下表：难溶物Fe(OH)3Cr(OH)3BaCrO4BaSO4Ksp1×10-381×10-321.2×10-101×10-10②Cr(Ⅵ)在酸性条件下主要以Cr2O72-(橙红色)的形式存在，pH增大转化为CrO42-(黄色)。pH＝1～4，Cr(Ⅵ③pH>5时，Cr3+完全转化为Cr(OH)3，pH>8时，Cr(OH)3开始转化为CrOH(1)“除杂”时调节废水pH将其中Fe3+除去(Fe3+的浓度小于1×10-5mol·L-1)，需加入熟石灰控制废水pH大于________。(2)“沉铬”时先加入Ca(OH)2调节废水pH，再加入BaCl2溶液使废水中的Cr(Ⅵ)转化为BaCrO4。调节后废水pH对Cr(Ⅵ)沉淀率的影响如图1所示。①“沉铬”过程中将K2Cr2O7转化为BaCrO4反应的化学方程式为____________________________________________________________________。②废水pH<8时，Cr(Ⅵ)沉淀率随pH减小而下降的原因是____________________________________________________________________。③在废水中加入BaCl2溶液前后废水pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)“转化”是将BaCrO4溶液的转化为Na2CrO4。BaCrO4的转化率随着Na2SO4浓度的变化如图2所示。当Na2SO4溶液的浓度超过0.450mol·L-1时，Cr(Ⅵ)的转化率随Na2SO4溶液的浓度增大变化不明显，其原因是______________________________________________________________________________。(4)请补充完整由Na2CrO4溶液制取Cr2O3的实验方案：向Na2CrO4溶液中，________________________________________________________________________________________________________________________________________，静置过滤，洗涤，灼烧得到Cr2O3。(可选用的药品：Na2SO3·7H2O、稀硫酸、NaOH溶液)2．(2024·江苏南师大附属中学期中)硫酸锰是一种重要的化工中间体，是锰行业研究的热点。一种以高硫锰矿(主要成分为MnS及少量FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO；②酸浸时，浸出液的pH与锰的浸出率关系如下图1所示；③金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如下图2所示(25℃)，此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54；当离子浓度≤10-5mol·L-1时，可认为该离子沉淀完全。(1)基态Mn2+的价电子排布式为________。(2)传统工艺处理高硫锰矿时，若不经“混合焙烧”，而是直接用H2SO4浸出，其缺点为___________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)实际生产中，酸浸时控制硫酸的量不宜过多，使pH在2左右。请结合图1和制备硫酸锰的流程，说明硫酸的量不宜过多的原因：___________________________________________________________________________________________。(4)“中和除杂”时，应调节pH的范围为______________；其中除去Fe3+的离子方程式为_________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)“氟化除杂”时，若维持c(F－)＝6×10-4mol·L-1，溶液中的Mg2+和Ca2+________(填“能”或“不能”)都沉淀完全[已知：Ksp(MgF2)＝6.4×10-10；Ksp(CaF2)＝3.6×10-12]。(6)产品MnSO4·4H2O纯度测定：称取1.000g产品，在适宜条件下用适量NH4NO3将Mn2+氧化为Mn3+，再用20.00mL0.2000mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2溶液刚好把Mn3+转化为Mn2+。通过计算可知，产品纯度为________(写出计算过程)。沉淀溶解平衡图像分析沉淀溶解平衡图像的常见类型(1)两坐标均为离子浓度的曲线型图像(2)坐标为对数或负对数的直线型图像已知：pCu＝－lgc(Cu＋)，pX＝－lgc(X－)，式中X－表示卤素阴离子。298K时，Ksp(CuCl)≈1.0×10-7、Ksp(CuBr)≈1.0×10-9、Ksp(CuI)≈1.0×10-12。298K时，CuCl、CuBr、CuI的饱和溶液中pCu和pX的关系如图所示。(3)氢氧化物的沉淀溶解平衡图像——“曲线型”图像分析1．绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料，其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是()A．图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的溶解度B．图中各点对应的Ksp的关系为：Ksp(m)＝Ksp(n)＜Ksp(p)＜Ksp(q)C．向m点的溶液中加入少量Na2S固体，溶液组成由m沿mpn线向p方向移动D．温度降低时，q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动2．(2023·镇江模拟)常温下，可用如图所示的方法制备FeCO3。已知：Kb(NH3·H2O)＝1.8×10-5，Ka1(H2CO3)＝4.5×10-7，Ka2(H2CO3)＝4.7×10-11，Ksp(FeCO3)＝3.1×10-11，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10-16。下列说法正确的是()A．0.1mol·L-1NH4HCO3溶液中：c(NH3·H2O)>c(H2CO3)B．(NH4)2SO4溶液中：c(H＋)＝2c(NH3·H2O)＋c(OH－)C．反应2HCO3-⥬H2CD．当混合液中c(Fe2+)＝0.08mol·L-1时，应控制pH≤8——“直线型”图像分析3．常温下，用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01mol·L-1的KCl、K2C2O4溶液，所得的沉淀溶解平衡图像如图所示(不考虑C2O4下列叙述正确的是()A．b点表示AgCl的不饱和溶液B．Ksp(Ag2C2O4)数量级为10-6C．Ag2C2O4D．向c(Cl－)＝c(C2O42-)的混合液中滴入AgNO3溶液时，先生成Ag4．(2024·福州检测)常温下，向10.0mL浓度均为0.1mol·L-1的AlCl3和FeCl3混合溶液中加入NaOH固体，溶液中金属元素有不同的存在形式，它们的物质的量浓度与NaOH物质的量关系如图所示，测得a、b点溶液pH分别为3.0、4.3。已知：①Ksp[Al(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3]②Al3+(aq)＋4OH－(aq)⥬[Al(OH)4]－(aq)，298K下，K稳＝c{[AlOH4]-}下列叙述正确的是()A．曲线Ⅱ代表Fe3+B．常温下，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10-38C．b点溶液中铝元素主要以[Al(OH)4]－形式存在D．Al(OH)3＋OH－⥬[Al(OH)4]－的平衡常数K为1.1×10-51．(2021·江苏卷)室温下，用0.5mol·L-1Na2CO3溶液浸泡CaSO4粉末，一段时间后过滤，向滤渣中加稀醋酸，产生气泡。已知Ksp(CaSO4)＝5×10-5，Ksp(CaCO3)＝3×10-9。下列说法正确的是()A．0.5mol·L-1Na2CO3溶液中存在：c(OH－)＝cH++cHCO3-B．反应CaSO4+CO32-C．过滤后所得清液中一定存在：c(Ca2+)＝KspCaCD．滤渣中加入醋酸发生反应的离子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2+＋CO2↑＋H2O2．(2024·全国甲卷，T7)将0.10mmolAg2CrO4配制成1.0mL悬浊液，向其中滴加0.10mol·L-1的NaCl溶液。lg[cM/(mol·L-1)](M代表Ag＋、Cl－或CrO42-)随加入NaCl溶液体积(下列叙述正确的是()A．交点a处：c(Na＋)＝2c(Cl－)B．KspAgClKspAC．V≤2.0mL时，cD．y1＝－7.82，y2＝－lg343．(2024·新课标卷，T8)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5mol·L-1)时的pH：Fe3+Fe2+Co3+Co2+Zn2+开始沉淀的pH1.56.9－7.46.2沉淀完全的pH2.88.41.19.48.2回答下列问题：(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；“滤渣1”中金属元素主要为________。(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。取少量反应后的溶液，加入化学试剂