第3章 章末提升课 离子反应在化工流程中的应用（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

章末提升课

离子反应在化工流程中的应用

[核心素养发展目标]　1.了解常考中和反应的曲线形式，掌握特殊点法分析曲线的思维模式。2.能用守恒思想、平衡观念分析酸碱的用量与溶液中微粒存在形式及浓度的关系。

一、工艺流程题的一般呈现形式

二、工艺流程题解题思路

1．审题流程

2．识图技巧

图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；

图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；

图3箭头表示循环反应。

三、典例剖析

例1　(2022·全国乙卷，26)废旧铅酸蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现

铅的回收。

一些难溶电解质的溶度积常数如下表：

 

一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：

 

回答下列问题：

(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：___________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是__________

________________________________________________________________________。

(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。

(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是________________________________________________；

(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为______________

________________________________________________________________________；

(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是__________________________。

(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________。

(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有__________。

流程解读　铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，向铅膏中加入碳酸钠溶液进行脱硫，硫酸铅转化为碳酸铅，过滤，向所得固体中加入醋酸、过氧化氢进行酸浸，过氧化氢可将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁，过滤后，向滤液中加入氢氧化钠溶液进行沉铅，得到氢氧化铅沉淀，滤液中的金属阳离子主要为钠离子和钡离子，氢氧化铅再进行处理得到PbO。

答案　(1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)　反应PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)

＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3

(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈0.04≪105，反应正向进行的程度有限

(3)(ⅰ)Fe2＋　(ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O　(ⅲ)作还原剂

(4)Fe(OH)3、Al(OH)3　(5)Ba2＋、Na＋

解析　(1)“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子方程式为PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14 mol2·L－2，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8 mol2·L－2，反应PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝＝≈3.4×105>105，说明反应可以转化的比较彻底，且转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝＝≈0.04≪105，说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化。(3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子分别转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和Na＋。

例2　[2022·广东，18(1)(3)(4)(5)]稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：