突破07 溶度积常数(Ksp)的应用-备战2021年高考化学《工艺流程》专题突破系列

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无机综合及工艺流程(七)

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。常见题型有：

一、求难溶电解质的 Ksp

例1、Ni-MH 电池在工农业生产和日常生活中具有广泛用途，废旧电池中含有大量金属元素，其回收利用具有非常重要的意义。

一种利用废 Ni-MH 电池正极材料(主要含有 Ni(OH)2，还含有少量 Fe、Cu、Ca、Mg、Mn、Zn 的氢氧化物)制备电子级硫酸镍晶

体的工艺流程如下图所示：

回答下列问题：

(1)“浸出”时温度、硫酸浓度、浸出时间对镍浸出率的影响如下图，则“浸出”时最适宜的条件为_______________

(2)在“滤液 1”中加入双氧水可将 Fe2+转化为难溶的针铁矿(FeOOH)，写出反应的离子方程式：______________

(3)“ 滤液 2” 中加入 NaF可将滤液中 Ca2+ 、Mg2+ 转化为难溶的 CaF2和MgF2。当加入过量 NaF 后，所得“滤液 3” 中

c(Mg2+) c(Ca∶2+)=0.67，则 MgF2的溶度积为_____________[已知 Ksp(CaF2)=1.10×10-10]

(4)向“滤液 3”中加入(NH4)2S2O8可以除锰，在此过程中(NH4)2S2O8与MnSO4反应生成含锰元素的一种黑色不溶物、硫酸铵及硫酸，

写出该反应的化学方程式___________________

(5)向“滤液 4”加入有机萃取剂后，Zn2+与有机萃取剂(用HA 表示)形成易溶于萃取剂的络合物 ZnA2·2HA。该过程可以表示为：

Zn2++4HA ZnA2·2HA+2H+

① 已知加入萃取剂后，锌的萃取率随料液 pH变化如图所示。试分析 pH增大时，锌的萃取率逐渐增大的原因是____________

“② 操作 X”的名称是_____________

(6)上述回收镍的过程中，使用了 1kg含镍 37.1%的正极材料，最终得到纯净的 NiSO4·7H2O1.686kg，则镍的回收率为___________

二、沉淀转化的平衡常数

例2、铅单质及其化合物在新能源领域应用广泛，工业上利用方铅精矿（主要成分为 PbS）制备 PbSO4的工艺流程如下：

已知：① PbCl2（s）+2Cl－(aq) PbCl4-(aq) H△＞0 K②sp(PbSO4)=1.0×10-8,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5

Fe③3＋、Pb2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的 pH 值分别为 3.2、7.0

(1)步骤Ⅰ中发现有淡黄色沉淀生成，请写出离子反应方程式：_______________________

(2)步骤Ⅰ原料预处理过程中写出一种除搅拌外加快反应速率的办法：______________________；反应温度不宜过高，且需加入过

量盐酸保证溶液呈强酸性，原因是：______________________________

(3)操作①应为：_______；操作②应为：_________

A.趁热过滤B.蒸发浓缩，冷却结晶；C.蒸发结晶D.重结晶

(4)写出步骤 III 中PbCl2生成 PbSO4的离子反应方程式：___________________________，该反应的平衡常数 K=_______

(5)铅蓄电池（Pb-PbO2-H2SO4）充电时的阳极反应方程式：_________________________

(6)某铅蓄电池放电时电流为 0.2A，可持续放电时间 96500s，此时参加反应的 Pb 的质量为 41.4g，求该电池放电的能量转化率

α=_________(电池能量转化率的定义：α=实际输出电量/理论输出电量×100%，结果保留两位有效数字，已知法拉第常数为

96500C/mol)

三、判断溶液中沉淀的离子

例3、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______________________________________________

(5)废酸中含钪量为 15mg·L－1，VL 废酸最多可提取Sc2O3的质量为____________

四、离子是否开始沉淀

例4、某种电镀污泥中主要含有碲化亚铜(Cu2Te)、三氧化二铬(Cr2O3)以及少量的金(Au)，可以用于制取 Na2Cr2O7溶液、金属铜、

粗碲等，以实现有害废料的资源化利用，工艺流程如下：

已知：煅烧时Cu2Te 发生的反应为 Cu2Te＋2O22CuO＋TeO2

(1)煅烧时Cr2O3发生反应的化学方程式为__________________________

(2)为提高酸浸速率，可采用的措施是____________________________(答出两条)

(3)浸出液中除了含有 TeOSO4（在电解过程中不反应）外，还可能含有____________(填化学式)。电解沉积过程中析出单质铜的电

极为_______极

(4)工业上用铬酸钠(Na2Cr2O7)母液生产各酸钾(K2Cr2O7)工艺流程如下图所示，通过冷却结晶能析出大量 K2Cr2O7的原因是_________

______________________

(5)测定产品中K2Cr2O7含量的方法如下：称取产品试样2.50g 配成250mL 溶液，用移液管取出 25.00mL 于锥形瓶中，加入足量稀

硫酸酸化后，再加入几滴指示剂，用 0.1000mol·L-1 硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2标准液进行滴定，重复进行二次实验。(已知 Cr2O72-

被还原为 Cr3+)

① 氧化还原滴定过程中的离子方程式为________________________________________________

②若三次实验消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准液的平均体积为 25.00mL，则所得产品中K2Cr2O7的纯度为_______﹪

(已知 M(K2Cr2O7)=294，计算结果保留三位有效数字)

(6)上述流程中 K2Cr2O7发生氧化还原反应后所得溶液中除含有 Cr3+外还含有一定浓度的 Fe3+杂质，可通过加碱调 pH 的方法使两者

转化为沉淀。已知 c(Cr3+)为3×10-5mol·L-1，则当溶液中开始析出 Cr(OH)3沉淀时 Fe3+是否沉淀完全______________(填“是”或

“否”)。[已知：Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10-31]

五、离子完全沉淀时的 pH

例5、利用某废镍催化剂（含 NiCO3、Na2SiO3，少量 Fe3O4、Cr2O3）制备 NiSO4，流程如下：

(1)“酸溶”后，加入十六烷基三甲基氯化铵溶液出现大量白色沉淀，写出“酸溶”时生成硅酸的离子方程式：__________________

___

(2)“碱析”时，常温下调pH=____时Fe3+恰好沉淀完全；工业上把pH 调至 10，此时沉淀物有 F(OH)3和________，目的是________

(3)取300mL“除硅酸”后的溶液，加入双氧水受热th，得到关于沉淀率的关系图如下。

① 合适的工艺条件为____________________

② 温度不能太高的原因是________________

(4)“一次沉镍”产物为 NiS，稀硝酸与之反应的化学反应方程式为____________________________

六、调 pH 除杂——计算 pH 范围

例6、某工厂用软锰矿(主要成分是 MnO2，含少量 Al2O3和SiO2)和闪锌矿(主要成分是 ZnS，含少量 FeS、CuS 等杂质)为原料制备

MnO2和Zn(干电池原料)，其简化流程如下：

已知：反应Ⅰ中所有金属元素均以离子形式存在。有关常数： Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33、Ksp[Fe(OH)3]＝3.0×10－39、Ksp[Mn(OH)2]＝

2.0×10－13、Ksp[Zn(OH)2]＝1.0×10－17、Ksp(MnCO3)＝2.0×10－11、Ka1(H2CO3)＝4.0×10－7、Ka2(H2CO3)＝5.6×10－11。回答下列问题：

(1)滤渣1中除了 SiO2以外，还有一种淡黄色物质，该物质是由MnO2、CuS 与硫酸共热时产生的，请写出该反应的离子方程式___

_______________________

(2)反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属，滤渣2的主要成分是___________

(3)反应Ⅲ中MnO2的作用是_________________________________，若反应后溶液中 Mn2＋、Zn2＋均为0.1mol·L－1，需调节溶液 pH

范围为_______________(溶液中，当一种离子的浓度小于10－6mol/L 时可认为已不存在)，X可以是_________

a．MgOb．Zn(OH)2c．Cu2(OH)2CO3d．MnCO3

(4)反应Ⅳ中电极均是惰性电极，写出阳极电极反应式 ________________________________，本工艺可以循环利用的物质有

MnO2、Zn 和_________

(5)MnCO3有多种用途。废水处理领域中常用 NH4HCO3溶液将 Mn2+转化为 MnCO3，该反应的离子方程式为__________________，

试通过题述有关数据简要计算说明该反应能进行的原因：____________________________

【课后作业】

1、工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为 Fe3O4、Fe2O3、FeO、SiO2)为原料制备高档颜料——铁红(Fe2O3)，具体生产流程如下:

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