培优课堂3　数据运用——电离常数、溶度积常数的有关计算 专项特训（含解析）2024年高考化学二轮复习

培优课堂　数据运用——电离常数、溶度积常数的有关计算
1.(2023·湛江二模)固体电解质LATP的化学式为Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3，某研究人员以钛铁矿精粉(主要成分为FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2)为原料合成LATP的工艺流程如图所示。
请回答下列问题：
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为___________________________________。
(2)“粉碎”的目的是_____________________________________________，
为了达到这一目的，还可以采用的措施有________(答一条即可)。
(3)“碱浸”的目的是除去__________(填化学式)。
(4)“碱浸”时加入适当过量的NaOH溶液，“酸浸”时加入适当过量的稀硫酸，且NaOH溶液和稀硫酸均不宜过量太多，其主要原因是__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(5)常温下，Ti3(PO4)4的Ksp＝a，当溶液中c(Ti4＋)≤1.0×10－5 mol·L－1时可认为Ti4＋沉淀完全，则“沉钛”时，溶液中c(PO)最低为__________ mol·L－1。
2.以碳酸锰铜矿(主要成分为MnCO3、CuCO3，还含有Fe2O3、FeO等杂质)为原料制备硫酸锰的一种工艺流程如下：
(1)“氧化”时，反应的离子方程式为________________________________
_________________________________________________________________。
可用一种试剂检验氧化后的溶液中是否含有Fe2＋，该试剂为________(写化学式)。
(2)加入MnCO3调节pH＝3.3时可以将Fe3＋转化为Fe(OH)3而除去，该反应的离子方程式为_____________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)“沉铜”时，若滤液中c(Mn2＋)＝0.21 mol·L－1，向其中缓慢通入氨气，为了使铜离子完全沉淀而又避免生成Mn(OH)2，应控制pH的范围为________。(已知：常温下，Ksp[Cu(OH)2]＝1×10－20，Ksp[Mn(OH)2]＝2.1×10－13，离子浓度小于或等于10－5 mol·L－1可视为沉淀完全)
(4)本工艺中可循环使用的物质是______________。
(5)结合图像，分析获得(MnSO4·H2O)晶体的“系列操作”步骤为：____________、____________，酒精洗涤，低温干燥。
3.钪是一种稀土金属元素，在国防、航天、核能等领域具有重要应用。工业上利用固体废料“赤泥”(含FeO、Fe2O3、SiO2、Sc2O3、TiO2等)回收Sc2O3的工艺流程如图。
已知：TiO2难溶于盐酸；Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38。
回答下列问题：
(1)为提高“酸浸”速率，对“赤泥”的处理方式为________________；滤渣Ⅰ的主要成分是________(填化学式)。
(2)“氧化”时加入足量H2O2的目的是________________________________
__________________________________________________________________；
氧化后溶液中Fe3＋浓度为0.001 mol·L－1，常温下“调pH”时，若控制pH＝3，则Fe3＋的去除率为________(忽略调pH前后溶液的体积变化)。
(3)已知25 ℃时，Kh1(C2O)＝a，Kh2(C2O)＝b，Ksp[Sc2(C2O4)3]＝c。“沉钪”时，发生反应：2Sc3＋＋3H2C2O4Sc2(C2O4)3↓＋6H＋，该反应的平衡常数K＝________(用含a、b、c的代数式表示)。
(4)Sc2(C2O4)3·6H2O在空气中加热分解时，随温度变化如图所示。
已知：M[Sc2(C2O4)3·6H2O]＝462 g· mol－1。
250 ℃时固体的主要成分是________________(填化学式)；550～850 ℃时反应的化学方程式为_______________________________________________________
___________________________________________________________________。
4.一种从含银、铼的废催化剂(含Al2O3、MgO、K2O、Fe2O3和SiO2等)中回收银和铼的工艺流程如下：
已知：高铼酸(HReO4)是白色片状结晶、微溶于冷水、溶于热水的一元强酸。回答下列问题：
(1)“操作Ⅰ”和“操作Ⅱ”均需要用到的玻璃仪器有________；“操作x”选用________结晶(填“蒸发”或“降温”)。
(2)“氧化浸出”时，铼(Re)发生反应的离子方程式为__________________；
将浸出温度控制在70 ℃，其目的除加快反应速率和减少反应物的分解、挥发外，还有______________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)用石墨电极进行“电沉积银”，所得沉积液可循环到________中使用(填操作单元名称)。
(4)“氧化浸出”时有AgCl生成，“还原”时，N2H4·H2O与AgCl反应生成N2H5Cl和一种无毒气体，该反应的化学方程式为_______________________________
________________________。
若生成的AgCl用NH3(aq)溶解，则100 mL 6 mol·L－1NH3(aq)最多能溶解AgCl________ g(保留两位有效数字)。已知：Ag＋(aq)＋2NH3(aq)[Ag(NH3)2]＋(aq)的平衡常数称为稳定平衡常数，K(稳)＝8.0×107；AgCl的Ksp＝1.25×10－10。
5.氧化钪可提高计算机记忆元件性能，利用钪精矿为原料(主要成分为Sc2O3，还含有Fe2O3、MnO等杂质)生产氧化钪的一种工艺流程如下：
已知：钪与铝类似，其氢氧化物具有两性；HTBP是钪元素的萃取剂，萃取发生的反应为Sc3＋＋3HTBPSc(TBP)3＋3H＋。
(1)加入氨水调节pH＝3，过滤，滤渣主要成分是________。
(2)上述洗脱剂X最好选择________(选填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
(3)过程中Mn2＋生成MnO2的离子方程式________________________________
__________________________________________________________________。
(4)“沉钪”前先加入稀盐酸调节溶液至酸性，然后用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中＝________。(25 ℃时，草酸电离平衡常数为Ka1＝5.0×10－2，Ka2＝5.4×10－5)。
(5)“沉钪”后所得到的草酸钪晶体的化学式为Sc2(C2O4)3·5H2O，灼烧发生分解反应的化学方程式为___________________________________________________，
写出固体产物溶于NaOH溶液的离子方程式______________________________
_________________________________________________________________。
6.硫酸镍广泛应用于电镀、电池等工业。以红土镍矿(主要成分为NiO，含MgO、Al2O3、Fe2O3、FeOOH、Fe3O4、CuO、ZnO、SiO2等杂质)为原料制备，工艺流程如下。
已知：①相关金属离子[c(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 Fe2＋ Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Zn2＋ Ni2＋
开始沉淀的pH 6.3 1.8 3.4 8.9 6.2 6.9
沉淀完全的pH 8.3 3.2 4.7 10.9 8.2 8.9
②当离子完全沉淀时，c(Mn＋)≤10－5 mol·L－1。
回答下列问题：
(1)为提高“酸溶”中镍的浸出率，可采取的措施有__________________________________________________________________
(写一条即可)。“滤渣1”的主要成分为________。
(2)写出“硫化除铜”过程中涉及反应的离子方程式___________________________________________________________________、
___________________________________________________________________。
(3)“氧化除杂”中加入H2O2和Ni(OH)2的作用分别是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________，
溶液的pH应调节为________～6之间。
(4)“氟化除杂”中，若c(Mg2＋)＝0.004 mol·L－1，取等体积的NiF2溶液加入体系中发生反应，则加入的NiF2溶液的浓度至少为________ mol·L－1。[已知Ksp(MgF2)＝6.25×10－9]
(5)称取m g硫酸镍晶体(NiSO4·H2O，摩尔质量M g·mol－1)样品溶于水，配成250 mL溶液。量取25.00 mL用c mol·L－1EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定，反应为Ni2＋＋H2Y2－===NiY2－＋2H＋。重复三次，平均消耗EDTA标准溶液V mL，则样品纯度为________。
培优课堂3　数据运用——电离常数、溶度积常数的有关计算
1.答案　（1）1s22s22p63s23p63d24s2
（2）增大接触面积，加快反应速率　适当升温或搅拌
（3）Al2O3、SiO2
（4）适当过量可以使反应更充分，不能过量太多是防止过量NaOH、H2SO4腐蚀反应容器，且后续处理浸液1和滤液2成本高
（5） mol/L
解析　（1）Ti是22号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2；
（2）“粉碎”的目的是增大接触面积，加快反应速率；为了达到加快反应速率的目的，还可以适当升温或搅拌；
（3）钛铁矿粉碎过筛后主要成分为FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2，加入NaOH溶液“碱浸”的目的是除去杂质Al2O3，SiO2；
（4）NaOH溶液、H2SO4溶液均具有强烈的腐蚀作用，NaOH 溶液和稀硫酸均不宜过量太多，防止过量NaOH、H2SO4腐蚀反应容器；后续处理过程中成本高；
（5）Ti3（PO4）4（s）3Ti4＋（aq）＋4PO（aq），Ksp＝c3（Ti4＋）·c4（PO），当沉淀完全时cmin（PO）＝＝ mol/L＝ mol/L。
2.答案　（1）MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O　K3[Fe（CN）6]（或KMnO4）
（2）3MnCO3 ＋2Fe3＋ ＋3H2O===2Fe（OH）3 ＋3Mn2＋ ＋3CO2 ↑
（3）6.5≤pH＜8 （或6.5～8）　（4）NH3、MnCO3
（5）蒸发结晶　趁热过滤
解析　碳酸锰铜矿主要成分为MnCO3、CuCO3，还含有Fe2O3、FeO杂质，用硫酸酸浸，得到硫酸锰、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁的混合溶液，加入二氧化锰， Fe2＋被氧化为Fe3＋；加入MnCO3调节pH生成氢氧化铁沉淀；过滤后向溶液中通入氨气生成氢氧化铜沉淀，过滤，向滤液中加入NH4HCO3，生成MnCO3沉淀，MnCO3沉淀中加硫酸，得到硫酸锰溶液。（1）“氧化”时，二氧化锰把酸浸后的二价铁离子氧化为三价铁离子，离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O；二价铁和铁氰化钾相遇时会生成蓝色沉淀，可以用铁氰化钾来检验，另外二价铁有还原性，可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，可以用酸性高锰酸钾溶液来检验。（2）碳酸锰消耗三价铁离子水解产生的氢离子，导致氢离子浓度降低，促进三价铁离子水解，该反应的离子方程式为3MnCO3 ＋2Fe3＋ ＋3H2O===2Fe（OH）3＋3Mn2＋ ＋3CO2 ↑。（3）铜离子完全沉淀时铜离子浓度小于或等于10－5 mol·L－1，此时c（OH－）＝ mol·L－1＝10－7.5 mol·L－1，c（H＋）＝ mol·L－1＝10－6.5 mol·L－1，pH＝6.5；锰离子开始沉淀时，c（OH－）＝ mol·L－1＝10－6 mol·L－1，c（H＋）＝ mol·L－1＝10－8 mol·L－1，pH＝8，故应控制pH的范围为6.5≤pH＜8（或6.5～8）。（4）通过流程图可知，在加热赶氨时产生氨气可循环使用，另外在沉锰的时候生成MnCO3也可循环使用。（5）从MnSO4溶液中得到MnSO4·H2O的方法为：蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥。
3.答案　（1）将“赤泥”粉碎　SiO2、TiO2
（2）将Fe2＋氧化为Fe3＋便于后续调节pH除去Fe3＋　99%
（3）
（4）Sc2（C2O4）3·H2O　2Sc2（C2O4）3＋3O22Sc2O3＋12CO2
解析　（1）将“赤泥”粉碎，可增大其与酸的接触面积，加快化学反应速率，故“酸浸”前对“赤泥”的处理方式为将“赤泥”粉碎；“赤泥”含有Fe2O3、SiO2、Sc2O3、TiO2等，用盐酸酸浸时，SiO2、TiO2难溶于盐酸，故滤渣1的主要成分为SiO2、TiO2；（2）氧化时，加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋便于后续调节pH来除去Fe3＋；当pH＝3时，溶液中氢氧根离子的浓度＝10－11 mol/L，此时三价铁的浓度＝＝ mol/L＝1.0×10－5 mol/L，则Fe3＋的去除率＝×100%＝99%；（3）已知25 ℃时，Kh1（C2O）＝a，Kh2（C2O）＝b，Ksp[Sc2（C2O4）3]＝c，则反应2Sc3＋＋3H2C2O4Sc2（C2O4）3↓＋6H＋的平衡常数K＝＝；（4）设有1 mol草酸钪晶体（462 g）在空气中受热，250 ℃时，减少的质量为462 g×19.5%＝90 g，即250 ℃时，1 mol晶体失去5 mol水，则此时晶体的主要成分是Sc2（C2O4）3·H2O；550 ℃时，减少的质量为462 g×3.9%＝18 g，则250～550 ℃，1 mol Sc2（C2O4）3·H2O失去1 mol水变为1 mol Sc2（C2O4）3；850 ℃时，剩余固体质量为462 g×（1－19.5%－3.9%－46.8%）＝137.68 g≈138 g，由于M（Sc2O3）＝138 g/mol，故可知550～850 ℃，1 mol Sc2（C2O4）3分解产生1 mol Sc2O3，反应的化学方程式为2Sc2（C2O4）3＋3O22Sc2O3＋12CO2。
4.答案　（1）分液漏斗和烧杯　降温
（2）2Re＋7H2O2===2ReO＋6H2O＋2H＋　溶解高铼酸
（3）酸溶
（4）4AgCl＋5N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4N2H5Cl＋5H2O　7.18
解析　（1）“操作Ⅰ”和“操作Ⅱ”是萃取分液，需用到的玻璃仪器是分液漏斗和烧杯；铵盐受热容易分解，故“操作x”选用降温结晶；（2）“氧化浸出”时，铼（Re）被双氧水氧化生成高铼酸，发生反应的离子方程式为2Re＋7H2O2===2ReO＋6H2O＋2H＋；高铼酸（HReO4）是白色片状结晶、微溶于冷水、溶于热水的一元强酸。将浸出温度控制在70 ℃，其目的除加快反应速率和减少反应物的分解、挥发外，还有使高铼酸溶解的目的；（3）滤液主要含硝酸银，通过电解得纯银，副产物中含有稀硝酸，可重复使用到酸溶过程；（4）“还原”时，N2H4·H2O与AgCl反应生成N2H5Cl和一种无毒气体氮气，该反应的化学方程式为4AgCl＋5N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4N2H5Cl＋5H2O；已知：①Ag＋（aq）＋2NH3（aq）[Ag（NH3）2]＋（aq）　K（稳）＝8.0×107；②AgCl（s）Ag＋（aq）＋Cl－（aq）　Ksp＝1.25×10－10；①＋②可得AgCl（s）＋2NH3（aq）[Ag（NH3）2]＋（aq）＋Cl－（aq） K＝K稳×Ksp＝8.0×107×1.25×10－10＝0.01。设100 mL 6 mol·L－1NH3（aq）最多能溶解AgCl的物质的量为n mol；
K＝＝0.01
n（AgCl）＝0.05 mol，m（AgCl）＝0.05 mol×143.5 g/mol≈7.18 g。
5.答案　（1）Fe（OH）3　（2）酸性
（3）Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O
（4）2.7×10－2
（5）Sc2（C2O4）3·5H2OSc2O3＋3CO2↑＋3CO↑＋5H2O　Sc2O3＋2OH－＋3H2O===2Sc（OH）
解析　（1）根据流程中物质分离的信息，加入氨水调节pH＝3目的是除去溶液中的Fe3＋，故滤渣主要成分是Fe（OH）3。
（2）根据方程式Sc3＋＋3HTBPSc（TBP）3＋3H＋知洗脱时加入的X最好选择酸性溶液。
（3）过程中Mn2＋在碱性条件下被双氧水氧化生成MnO2的离子方程式为：Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O。
（4）根据草酸的电离平衡常数得：Ka1＝＝5.0×10－2，Ka2＝＝5.4×10－5，pH＝2时c（H＋）＝1.0×10－2 mol·L－1，Ka1×Ka2＝＝2.7×10－6，故＝2.7×10－2。
（5）Sc2（C2O4）3·5H2O中碳元素显＋3价，Sc2（C2O4）3·5H2O灼烧分解时碳发生歧化反应，分解反应的化学方程式为：Sc2（C2O4）3·5H2OSc2O3＋3CO2↑＋3CO↑＋5H2O。固体产物溶于NaOH溶液的离子方程式为：Sc2O3＋2OH－＋3H2O===2Sc（OH）。
6.答案　（1）增大硫酸浓度或加热　SiO2
（2）Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋　2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋
（3）H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，Ni（OH）2调节溶液pH除去Fe3＋和Al3＋　4.7
（4）2.9×10－2
（5）%
解析　（1）为提高酸溶中镍的浸出率，可采取的措施为增大硫酸浓度或加热。根据分析可知，滤渣1为SiO2。
（2）滤液1中能与H2S反应的物质有Fe3＋、Cu2＋，离子方程式为Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋、2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。
（3）氧化除杂中加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入Ni（OH）2的作用为调节溶液的pH除去Fe3＋和Al3＋。从表中可知，Al3＋完全沉淀的pH为4.7，同时又不能使Ni2＋沉淀，因此pH应调节为4.7～6之间。
（4）设加入的NiF2的浓度为x mol/L，混合前两溶液的体积均为a L，反应后Mg2＋浓度为10－5 mol/L，则反应掉的Mg2＋的物质的量约为0.004a mol，根据离子方程式Mg2＋＋2F－===MgF2↓，参与反应的F－物质的量为0.008a mol，则剩余F－物质的量为（2xa－0.008a） mol，混合后溶液中F－浓度为 mol/L＝ mol/L，根据Ksp（MgF2）＝6.25×10－9，＝0.025 mol/L，解得x＝0.029。
（5）已知消耗EDTA的物质的量为cV×10－3 mol，根据方程式Ni2＋＋H2Y2－===NiY2－＋2H＋可知，消耗的Ni2＋物质的量为cV×10－3 mol，则m g样品中含有NiSO4·H2O的物质的量为cV×10－2 mol，该样品的纯度为×100%＝%。