【精准解析】2021新高考化学鲁科版：第8章专项提能特训18化工流程中的Ksp

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专项提能特训 18　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·L－1，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＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，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 mol2·L－2、1.0×10－24 mol5·L－5]

答案　否。Fe3＋恰好沉淀完全时， c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3(Mg2＋)

·c2(PO)值为 0.013×(1.3×10－17)2 mol5·L－5＝1.69×10－40 mol5·L－5<Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会

生成 Mg3(PO4)2沉淀

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 mol4·L－4，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39 mol4·L－4，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× 10－6mol·L－1)，需调节溶液 pH 范围为________。

答案　5.0<pH<7.1

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 mol4·L－4＝[Al3＋][OH－]3，[Al3＋]＝1×10－6mol·L－1，解得：[OH－]＝

1×10－9 mol·L－1，则溶液[H＋] ＝1×10－5 mol·L－1 ，则 pH＝5.0；同理 Fe(OH)3完全变成沉淀

时，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39 mol4·L－4＝[Fe3＋][OH－]3，[Fe3＋]＝1×10－6mol·L－1，解得：[OH

－]＝1×10 －11 mol·L －1，[H＋] ＝1×10 －3 mol·L －1，则 pH 约为 3.0 ，故 pH 范围是：

5.0<pH<7.1。

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 Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2

开始沉淀的 pH 1.5 6.5 7.7

沉淀完全的 pH 3.7 9.7 9.2

② 常温下，Ksp(CaF2)＝2.7×10－11 mol3·L－3。

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 Ca2＋，若控制溶液中 F－，浓度为 3.0×10－3mol·L－1，则溶液中＝_

_____。

答案　(1)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O　铁

(2)1.0×10－3

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 2.7×10－11 mol3·L－3可知，溶液中 F－浓度为 3×10－3

mol·L－1，则 Ca2＋的浓度为＝3×10－6 mol·L－1，所以溶液中＝＝1.0×10－3。

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

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