定点3-pH条件的控制（解析版）-2021年高考化学二轮工艺流程题定点剖析

3.0 envi 2025-04-25 4 4 1.83MB 8 页 3知币

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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F

e、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。

【答案】4.7

【解析】由表中数据知 pH 在4.7 时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以应该控制 pH 在4.7~6 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________________。

【答案】PbSO4调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe2+

【解析】由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣 1的主要成分除 SiO2外还有 PbSO4；要测定铁离子，需要调节溶

液的 pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节 pH，即氧化除杂工序中 ZnO 的作用是调节溶液的

pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的 pH 较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质 Fe2+。

【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________。

【答案】将 Fe2+氧化为 Fe3+；使 Al3+与Fe3+形成氢氧化物而除去。

【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）

【答案】Fe3＋ 2.6×10-21 Mg2+ Ca2+ H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品的产量减少

【解析】根据流程图和表中数据可知：Fe3+完全沉淀时的 pH 为3.2，加入氨水，调 pH 为8，Fe3+

+3NH3•H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+，Fe3+完全沉淀，滤渣 1为Fe(OH)3，由 Ksp［Fe(OH)3］ =c(Fe3+)×c3(OH-)=2.6×10－

39，pH 为8，c(OH-)=1×10-6mol/L，则c(Fe3+)= mol/L=2.6×10-21 mol/L；加入氢氧化钠调节

pH=12.5，Ca2+完全沉淀时的 pH 为13.9，Mg2+完全沉淀时的 pH 为11.1，Mg2+完全沉淀，Ca2+部分沉淀，滤渣Ⅱ

中含 Mg(OH)2、Ca(OH)2，溶液中主要含 Ca2+、Ba2+，Ksp(BaC2O4)=1.6×10-7，Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9，易形成

CaC2O4沉淀，加入 H2C2O4时应避免过量，防止 CaC2O4沉淀完全后，过量的 H2C2O4会导致生成BaC2O4沉淀，产

品的产量减少。

【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）

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