化工流程中的Ksp
1．Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：
回答下列问题：
若“滤液②”中c(Mg2)＝0.02 mol·L1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)＝1.0×105 mol·L1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？ ________________________________________________________________________ _____________________________________________________________(列式计算)。 [已知：FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10答案
＋
否。Fe3恰好沉淀完全时，
－
c(PO34)＝
－22
＋
－
－
＋
－
＋
、1.0×10
－
－24
]
1.3×1022－－－＋
L1＝1.3×1017mol·L1，c3(Mg2)· －5 mol·
1.0×10
－40
3
c2(PO34)值为0.01×(1.3×10
－
－17
)2＝1.69×10 淀 2．锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池。一种以软锰矿浆(主要成分为MnO2，含少量 Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备锰酸锂的流程如下图所示。 已知：室温下，Ksp[Al(OH)3]＝1×10 －33 ，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10 ＋ ＋ －39 ，pH＝7.1时Mn(OH)2开始 － － 沉淀。氧化除杂时(室温)除去MnSO4溶液中的Fe3、Al3(使其浓度小于1× 106mol·L1)，需调节溶液pH范围为________。 答案 5.0 解析 除杂时显然只能除去Fe3和Al3，不能损失Mn2，由题意可知，室温下，pH＝7.1时Mn(OH)2开始沉淀，除去MnSO4溶液中的Fe3、Al3，氢氧化铝完全变成沉淀时的Ksp[Al(OH)3]＝1×10 －33＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＝c(Al3)·c3(OH)，c(Al3)＝1×106mol·L1，解得：c(OH)＝1×109 mol·L1，则 － － ＋－＋－－－－－ 溶液c(H)＝1×105 mol·L1 ，则pH＝5.0；同理Fe(OH)3完全变成沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10 －39 ＝c(Fe3)·c3(OH)，c(Fe3)＝1×106mol·L1，解得：c(OH)＝1×10 － ＋－＋－－－ －11 mol·L1，c(H) －＋ ＝1×103 mol·L1，则pH约为3.0，故pH范围是：5.0 第 1 页 共 4 页 － 3．为回收利用废镍催化剂(主要成分为NiO，另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)，科研人员研制了一种回收镍的新工艺。工艺流程如图所示： 已知：①常温下，有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示： 氢氧化物 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH ②常温下，Ksp(CaF2)＝2.7×10请回答下列问题： (1)“操作B”的过程是，先在40～50 ℃加入H2O2，其作用是________________________ (用离子方程式表示)；再调pH至3.7～7.7，操作B可除去溶液中的_______(填元素名称)元素。 (2)操作C可除去溶液中的＝________________。 答案 (1)2Fe2＋2H＋H2O2===2Fe3＋2H2O 铁 (2)1.0×103 解析 (1)“操作B”的过程是，先在40～50 ℃加入H2O2，其作用是使溶液中的Fe2氧化为Fe3，反应的离子方程式为：2Fe2＋2H＋H2O2===2Fe3＋2H2O；根据表格分析，调pH至3.7～7.7, 沉淀有Fe(OH)3和Fe(OH)2，操作B可除去溶液中的铁元素。 (2)根据常温时CaF2的溶度积常数为2.7×10 － ＋ Ca2的浓度为 －11 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋Ca2，若控制溶液中 －11 Fe(OH)3 1.5 3.7 Fe(OH)2 6.5 9.7 Ni(OH)2 7.7 9.2 。 c?Ca2? F，浓度为3.0×10mol·L，则溶液中－ c?F? － －3 －1 ＋ 可知，溶液中F浓度为3×103 mol·L1，则 ＋ － －－－ 2.7×1011c?Ca2?3×106－6－1－3 mol·L，所以溶液中＝。 －32＝3×10－－3＝1.0×10 ?3×10?c?F?3×10 4．七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下： 煅粉主要含MgO和________，用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若滤液Ⅰ中c(Mg2)小于5×106mol·L1，则溶液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp＝5×10 ＋ － － －12 ]； 该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是_______________________________。 第 2 页 共 4 页 答案 CaO 11 易生成硫酸钙微溶物，在过滤时被除去，导致碳酸钙产率降低 解析 白云石高温煅烧，CaCO3和MgCO3受热分解生成CaO和MgO，煅粉主要含有CaO和MgO。若滤液Ⅰ中c(Mg2)小于5×106mol·L1，根据Ksp＝c(Mg2)·c2(OH)得：c(OH)＞ Ksp ＋＝c?Mg2? 5×1012Kw－－－＋－11－ L1＝1×103 mol·L1，c(H)＜mol·L1，－6 mol·－＝1×10 5×10c?OH? － ＋ － － ＋ － － 即pH＞11。若用(NH4)2SO4代替NH4NO3，则(NH4)2SO4会与CaO反应生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，造成生成的CaCO3减少。 5．(2024·山东济宁一模)三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O，其相对分子质量为990)简称“三盐”，不溶于水及有机溶剂。主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品，也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示。 已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×108，Ksp(PbCO3)＝1.46×10请回答下列问题： (1)写出步骤①“转化”的离子方程式：_______________________________________。 (2)根据下图溶解度曲线，由滤液1得到Na2SO4固体的操作为：将“滤液1”________、________、用乙醇洗涤后干燥。 － －13 (3)步骤③“酸溶”，为提高酸溶速率，可采取的措施是______________(任意写出一条)。 (4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2)＝1.82×105mol·L1，则此时c(SO2L1。 4)＝________mol· (5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)若消耗100.0 t铅泥，最终得到纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________。 2答案 (1)PbSO4(s)＋CO23(aq)===PbCO3(s)＋SO4(aq) － － ＋ － － － － (2)升温结晶 趁热过滤 第 3 页 共 4 页
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