考点15 化工流程中溶度积常数计算-2020高考化学考点剖析

考点15 化工流程中溶度积常数计算 1.（2019江苏）实验室以工业废渣（主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如下： （1）室温下，反应CaSO4(s)+ (aq)CaCO3(s)+ (aq)达到平衡，则溶液中 =________[Ksp(CaSO4)=4.8×10−5，Ksp(CaCO3)=3×10−9]。 （2）将氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NH4)2CO3溶液，其离子方程式为________；浸取废渣时，向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是________。 （3）废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃，搅拌，反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降，其原因是________；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO4转化率的操作有________。 （4）滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：______[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂：盐酸和Ca(OH)2]。 2．（2017课标Ⅰ）（14分）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： （1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的净出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。 （2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42－形式存在，写出相应反应的离子方程式__________________。 （3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示： 温度/℃ 30 35 40 45 50 TiO2·xH2O转化率% 92 95 97 93 88 分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。 （4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。 （5）若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02 mol/L，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+)=1×10-5 mol/L，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？___________（列式计算）。 FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。 （6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。 此类试题关键要正确书写溶度积常数表达式，同时还要注意离子浓度的计算。 溶度积常数反映了难溶电解质在水中的溶解能力，高考试题中溶度积常数的考查常结合化工流程题，在化工流程题中考查溶度积常数是近年高考的热点，化工流程中常常需要控制条件进行离子的分离或除杂，通过溶度积常数计算溶液中金属离子的浓度、离子完全沉淀时的pH、判断废水排放是否符合标准、沉淀完全转化时所需离子浓度。 一．判断溶液中沉淀的离子 化工流程中，某些金属离子沉淀或某些金属离子除杂，需要控制一定的pH，通过溶度积常数可判断溶液中沉淀的离子。 典例1（2018届福建省漳州市高三考前模拟考试试卷二）钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如下： 回答下列问题： （1）洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是______________________________。 （2）先加入氨水调节pH＝3，过滤，滤渣主要成分是__________；再向滤液加入氨水调节pH＝6，滤液中Sc3+的浓度为_____________。（已知：Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31） （3）用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中＝__________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式__________________________________。[已知Ka1(H2C2O4)＝5.9×10－2，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5] （4）草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为_______________________________