定点3-pH条件的控制-2021年高考化学二轮工艺流程题定点剖析

二轮复习工艺流程专项 专题3－pH条件的控制 一．调节pH的原理及目的 1．需要的物质：含主要阳离子（不引入新杂质即可）的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，使pH增大的物质如MgO、Mg(OH)2等类型的物质。 2．原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度 3．pH控制的范围：杂质离子完全沉淀时pH值－主要离子开始沉淀时pH，注意端值取等。 4．控制pH的目的： （1）pH调小：抑制某离子水解；防止某离子沉淀 （2）pH调大：确保某离子完全沉淀；防止某物质溶解等。 5．控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀的原理，以Fe3+为例： Fe3+溶液中存在水解平衡： ，加入CuO后，溶液中H+浓度降低，平衡正向移动，Fe(OH)3越聚越多，最终形成沉淀。 二．促使某些离子水解形成沉淀而被除去 根据不同金属阳离子完全沉淀的pH数据，升高溶液的pH使之处于某范围内，使杂质金属离子沉淀，并确保所需要的金属离子依旧存留在溶液中。如图所示。由于Fe2+沉降时要求的溶液pH较高，同时与一些其他离子沉淀的pH范围重叠，一般是加入H2O2、酸性高锰酸钾溶液、氯水等氧化剂（注意不能引入新杂质）将其氧化成易沉降的Fe3+。 【习题】高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题： 相关金属离子【c0(Mn+)=0.1 mol·L−1】形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 Mn2+ Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+ 开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 “调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。 【习题】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示： 相关金属离子【c0(Mn+)=0.1 mol·L-1】形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+ 开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4 滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。 【习题】硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示： “净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再调节溶液的pH约为5，目的是________。 【习题】毒重石的主要成分BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下： 已知不同杂质离子开始沉淀和沉淀完全的pH如下： 加入NH3·H2O调节pH=8可除去_______ (填离子符号)，此时，溶液中该离子的浓度为_______mol·L－1。加入NaOH调pH=12.5，溶液内剩余的阳离子中_______完全沉淀，_____________ (填离子符号)部分沉淀。加入H2C2O4时应避免过量，原因是___________。（已知：Ksp(BaC2O4)=1.6×10－7,Ksp(CaC2O4)=2.3×10－9, Ksp［Fe(OH)3］ =2.6×10－39） 【习题】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。湿法炼锌产生的铜镉渣（主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质）用于生产金属镉的工艺流程如下： 表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1） 金属离子 Fe3+ Fe2+ Cd2+ 开始沉淀的pH 1.5 6.3 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 9.4 ①操作Ⅲ中先加入适量H2O2的作用是 。 ②再加入ZnO控制反应液的pH，合适的pH范围为_ ___ 三．抑制某些离子的水解，防止产品混入杂质 像盐酸盐、硝酸盐溶液，通过结晶方法制备晶体或加热脱水结晶水合物制备相对应的无水盐时，由于水解生成的盐酸或硝酸挥发，促使了金属离子水解（水解反应为吸热反应）导致产品不纯，如MgCl2·6H2O