第3章　章末复习离子反应在化工流程中的应用 复习课件(共40张PPT) 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共40张PPT)
第3章　章末复习
第1课时　离子反应在化工流程
中的应用
学习目标
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(重、难点)。
工艺流程题的一般呈现形式
一
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工艺流程题解题思路
二
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。
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典例剖析
三
(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。
例1
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
难溶电解质 PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp/(mol2·L－2) 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
金属氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
开始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
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___________________________________；
答案　Fe2＋
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)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为______________；
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。
答案　Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是______________。
答案　作还原剂
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，滤渣的主要成分是__________。
答案　Fe(OH)3、Al(OH)3
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)“沉铅”的滤液中，金属离子有___________________。
答案　Ba2＋、Na＋
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＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。
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。
[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：
例2
已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8 mol3·L－3，Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
离子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～7.4
沉淀完全时的pH / 3.2 4.7 /
(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是__________。
答案　Fe2＋
“氧化调pH”的目的是除去含铁、铝等元素的离子，需要将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便后续除杂，所以化合价有变化的金属离子是Fe2＋。
(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·
L－1。为尽可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO－)
低于__________ mol·L－1(保留两位有效数字)。
答案　4.0×10－4
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是____________________________________________________________。
答案　加热搅拌可加快反应速率
②“操作X”的过程为先________，再固液分离。
答案　冷却结晶
“操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃，故“操作X”的过程为先冷却结晶，再固液分离。
(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有__________(写化学式)。
答案　MgSO4
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自我测试
1.(2023·山西忻州高二月考)四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2·4H2O]难溶于水，是一种性能优良的绿色环保防锈颜料。实验室以锌灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)为原料制备Zn3(PO4)2·4H2O的流程如下：
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36。
下列说法错误的是
A.滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2
B.步骤Ⅰ中，调节溶液的pH约为5后加KMnO4溶液反应的离子方程式为
＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋
C.若试剂a为ZnS，反应ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝2.5
×1011
D.沉锌后的母液中可回收利用的物质有K2SO4、(NH4)2SO4
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自我测试
√
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自我测试
原料锌灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)中，SiO2不与酸反应，PbO与硫酸反应转化为难溶的PbSO4，其余完全变成相应的硫酸盐进入溶液，滤渣Ⅰ为硫酸铅和SiO2。加入高锰酸钾氧化硫酸亚铁，其自身被还原为MnO2，硫酸亚铁最终转化为氢氧化铁，滤渣Ⅱ为MnO2、Fe(OH)3，试剂a用来除掉溶液中的铜离子。加入碳酸氢铵溶液得到ZnCO3和Zn(OH)2，加入H3PO4溶液得到Zn3(PO4)2·4H2O。
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自我测试
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自我测试
2.钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。
已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
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自我测试
(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液调节pH。写出NaClO3氧化Fe2＋的离子方程式：__________________________________
______。
3H2O
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自我测试
(2)除Ca、Mg：当某离子浓度c≤1×10－6 mol·L－1时，认为该离子已除尽。
①为使Ca2＋、Mg2＋除尽，必须保持溶液中c(F－)≥_____mol·L－1。
0.01
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自我测试
Ksp(CaF2)＝1.0×10－10 mol3·L－3，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11 mol3·L－3，
则氟化钙溶解度更大，钙离子除尽需要保证氟离子浓度至少为
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自我测试
②若调节溶液的pH偏低，将会导致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是______________________________________________________。
[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10 mol3·L－3，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11 mol3·L－3，Ka(HF)＝3.5×10－4 mol·L－1]
pH偏低，氢离子浓度过大导致氟离子和氢离子结合成HF分子
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自我测试
(3)萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂(HA)2，实验测得Co2＋萃取率随pH的变化如图所示。向萃取所得有机相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是______________________。
实现Co2＋的提取和富集
该工艺中设计萃取、反萃取的目的是将Co2＋从滤液中提取到有机层中，然后分液后再反萃取到水层中，实现Co2＋的提取和富集。
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自我测试
②Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是_________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
随着pH升高，氢离
子浓度减小，Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋平衡正向移动，导致Co2＋萃取率升高；若pH过高，则Co2＋转化为Co(OH)2沉淀，导致Co2＋萃取率下降
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