章末提升课 离子反应在化工流程中的应用
[核心素养发展目标] 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。
一、工艺流程题的一般呈现形式
二、工艺流程题解题思路
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。
三、典例剖析
例1 (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。
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_______________________________________________________；
(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_______________________
_______________________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是_________________________________。
(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是____________________。
(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有_________________________________________________。
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。
例2 [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：
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__________。
(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)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是__________________________。
②“操作X”的过程为先__________，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)。
流程解读 由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SO等离子，经氧化调pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有RE3＋、Mg2＋、SO等离子，加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。
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 mol2·L－2，Ksp(CuS)＝6.4×10－36 mol2·L－2。
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MnO＋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
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)2CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
(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：_____________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(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。
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]
(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______________________________________________。
②Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是___________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
离子反应在化工流程中的应用
例1 (1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq) 反应PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3
(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈0.04 105，反应正向进行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O (ⅲ)作还原剂
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)Ba2＋、Na＋
例2 (1)Fe2＋ (3)4.0×10－4
(4)①加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶 (5)MgSO4
变式训练
1．A
2．(1)6Fe2＋＋ClO＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(2)①0.01 ②pH偏低，氢离子浓度过大导致氟离子和氢离子结合成HF分子
(3)①实现Co2＋的提取和富集 ②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
解析 (2)①Ksp(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＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1。(3)①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。(共79张PPT)
章末提升课
离子反应在化工流程中的应用
第3章
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核心素养
发展目标
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。
一、工艺流程题的一般呈现形式
二、工艺流程题解题思路
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。
三、典例剖析
例1 (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，通过右图流程实现铅
的回收。
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：
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________。
“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反
应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子
方程式为PbSO4(s)＋ (aq)===
PbCO3(s)＋ (aq)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14 mol2·L－2，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8 mol2·L－2，反应PbSO4(s)＋
说明反应可以转化的比较彻底，且转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。
(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使
铅膏中BaSO4完全转化，原因是_____
_________________________________
_______________________________________________________________
_____________________________。
反应
≈0.04
105，反应正向进行的程度有限
说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化。
(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_____；
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___________
______________________；
Pb＋H2O2＋
2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O
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。
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，
H2O2的作用是__________。
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_________________。
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
__________。
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。
例2 [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：
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______。
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)。
4.0×10－4
滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，即0.112 5 mol·L－1，
根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c平(Mg2＋)· (C11H23COO－)，若要加入月
桂酸钠后只生成(C11H23COO)3RE，而不产生(C11H23COO)2Mg，
则c平(C11H23COO－)< ＝ mol·L－1
＝4.0×10－4 mol·L－1。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是____________
_____________。
②“操作X”的过程为先________，再固液分离。
加热搅拌可
加快反应速率
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)。
MgSO4
流程解读 由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、 等离子，经氧化调pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有RE3＋、Mg2＋、 等离子，加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。
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
流程如右：
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24 mol2·
L－2，Ksp(CuS)＝6.4×10－36 mol2·L－2。
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
√
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。反应ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的
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右。
已知：萃取时发生的反应为
Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n
－1)(HA)2＋2H＋。
(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：___________
_________________________。
＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(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
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
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_____________
_____________________________________________。
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
[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]
(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。
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
课时对点练
1.化工行业常用硒(Se)作催化剂，该催化剂具有反应条件温和、成本低、环境污染小、用后处理简便等优点。以铜阳极泥(主要成分为Cu2Se、Ag2Se，还含有少量Ag、Au、Pt等)为原料制备纯硒的工艺流程如图。
已知：①“净化除杂”时采用真空蒸馏的方法提纯硒(沸点为685 ℃)；
②焙烧后，Cu、Ag均以硫酸盐
形式存在，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×
10－5 mol3·L－3；
③“浸出液”中溶质的饱和浓度
不小于0.01 mol·L－1；离子浓度小于1×10－5mol·L－1时，认为不含该离子。
1
2
3
4
5
6
7
下列说法错误的是
A.“加硫酸并焙烧”时使用的
硫酸应为浓硫酸
B.“水吸收”过程得到的溶液呈酸性
C.在实验室蒸馏时，需要用到直形冷凝管
D.“浸出液”中的溶质成分一定不含Ag＋和
√
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5
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7
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2
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6
7
浓硫酸具有强氧化性，可将Se2－氧
化成SeO2，稀硫酸不能将Cu2Se氧
化成CuSO4和SeO2，故“加硫酸并
焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸，A正确；
SeO2和SO2都是酸性氧化物，加水后溶液呈酸性，B正确；
当“浸出液”中溶质的饱和浓度等于0.01 mol·L－1时，c2(Ag＋)·c( )＝(0.022×0.01) mol3·L－3＝4×10－6 mol3·L－3<1.4×10－5 mol3·L－3，“浸出液”中的溶质含有Ag2SO4，D错误。
2.某含锰废水中主要含有MnSO4，另含H＋、Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Al3＋等，某同学为了回收Mn单质设计如下工艺流程，下列说法不正确的是
已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝1.5×
10－10 mol3·L－3、Ksp(MgF2)＝7.5
×10－11 mol3·L－3。
A.滤渣1主要含Fe(OH)3和Al(OH)3
B.除钙镁步骤中，当Ca2＋、Mg2＋沉淀完全时，溶液中 ＝2
C.滤液4主要含(NH4)2CO3
D.反应①中Si可用铝替代
√
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7
含锰废水中加入H2O2把Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氢氧化钠调节pH生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，所以滤渣1主要含Fe(OH)3和Al(OH)3，故A正确；
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5
6
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“沉锰过程”是硫酸锰与NH4HCO3反应生成MnCO3沉淀、二氧化碳气体、水和硫酸铵，滤液4主要含硫酸铵，故C错误；
1
2
3
4
5
6
7
MnO能和Al发生铝热反应生成Mn，所以反应①中Si可用铝替代，故D正确。
3.一种吸收SO2再经氧化得到硫酸盐的过程如图所示。室温下，用0.1 mol·
L－1NaOH溶液吸收SO2，若通入SO2所引起的溶液体积变化和H2O的挥发可忽略，溶液中含硫物种的浓度c总＝c(H2SO3)＋ H2SO3
的电离常数分别为Ka1＝1.29×10－2 mol·L－1、Ka2＝6.24×10－8 mol·L－1。
1
2
3
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5
6
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下列说法正确的是
A.“吸收”应在较高的温度下进行
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√
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7
温度越高，SO2的溶解度越小，因此“吸收”不应在较高的温度下进行，故A错误；
1
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4
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7
4.(2023·湖南，9)处理某铜冶金污
水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)
的部分流程如右：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
2
3
4
5
6
7
1
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36 mol2·L－2，
Ksp(ZnS)＝1.6×10－24 mol2·L－2。
下列说法错误的是
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2O HS－＋OH－
C.“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中 ＝4.0×
10－12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
√
2
3
4
5
6
7
1
1
2
3
4
5
6
7
当pH＝1.9时氢氧化铁开始沉淀，
当pH＝3.5时氢氧化铝开始沉淀，
当pH＝4时，则会生成氢氧化
铝和氢氧化铁，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正确；
硫化钠溶液中的硫离子可以水解，产生氢氧根离子，使溶液显碱性，其第一步水解的方程式为S2－＋H2O HS－＋OH－，B正确；
1
2
3
4
5
6
7
当铜离子和锌离子完全沉淀时，则硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡，
“出水”中除含有阴离子外，还含有大量的Na＋、Ca2＋等，故只经阴离子交换树脂软化处理后，不可用作工业冷却循环用水，D错误。
5.以铁镍合金(含少量铜)为原料，生产电极材料LiNiO2的部分工艺流程如图所示：
已知：①表中列出了几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)：
1
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6
7
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Cu2＋ Ni2＋
开始沉淀的pH 1.1 5.8 4.6 6.7
完全沉淀的pH 3.2 8.8 7.4 9.5
②Ksp[Fe(OH)3]＝5×10－38 mol4·L－4；
③本工艺环境下KMnO4溶液不与Ni2＋
发生反应。
回答下列问题：
(1)LiNiO2中Ni的化合价为____。
(2)“酸溶”时Ni转化为NiSO4，该过程中温度控制在70～80 ℃的原因是____________________________________________________________。
1
2
3
4
5
6
7
＋3
温度太低，反应(浸出)速率太慢；温度过高，硝酸容易挥发(或分解)
(3)“除铁”时加入适量KMnO4溶液并
调节溶液pH的目的是除去铁元素，同
时溶液中不会有明显的锰元素残留，
写出“除铁”步骤的离子方程式：
________________________________
________________，常温下此体系中Fe3＋残留最大浓度为________ mol·
L－1。
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7
3Fe(OH)3↓＋5H＋
5.0×10－8
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7
工业上以铁镍合金(含少量铜)为原料，加
入H2SO4、HNO3溶液酸溶后，溶液中含
有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋、Ni2＋等；加入高
锰酸钾溶液，Fe2＋被氧化为Fe3＋，调pH
的目的是除去Fe3＋而不除去Ni2＋、Cu2＋，
pH的调控范围是4～4.5，滤渣1为氢氧化铁；然后加入H2S，使铜离子转化为CuS沉淀，则滤渣2为CuS；沉镍时加入Na2CO3溶液得到碳酸镍(NiCO3)沉淀，在空气中碳酸镍与碳酸锂共同“煅烧”可制得LiNiO2。
1
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6
7
溶液中不会有明显的锰元素残留，说
明此时锰元素以MnO2的形式存在，亚
铁离子被氧化成铁离子，调节溶液pH
为4～4.5，结合题表数据，可知生成
的是Fe(OH)3，离子方程式为 ＋
3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋。常温下此体系中Fe3＋残留浓度最大时溶液pH＝4，c(OH－)＝10－10 mol·L－1，
1
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6
7
所以c平(Fe3＋)＝
mol·L－1＝5.0×10－8 mol·
L－1。
(4)“除铜”时不能通过调节溶液的pH来
除去溶液中的Cu2＋，理由是_________
__________________________________
______________________。
(5)“沉镍”时得到碳酸镍(NiCO3)沉淀。
在空气中碳酸镍与碳酸锂共同“煅烧”可制得LiNiO2，该反应过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______。
1
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7
当Cu(OH)2沉淀完全时，也有部分Ni2＋生成了Ni(OH)2沉淀，Ni2＋损失
1∶4
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7
煅烧过程中O2是氧化剂，反应中1 mol O2可得到4 mol电子，还原剂NiCO3被氧化为LiNiO2，1 mol NiCO3失去1 mol电子，则此过程中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶4。
6.磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有
TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及
少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，
通过如右工艺流程回收钛、铝、镁等。
常温下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
1
2
3
4
5
6
7
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol·L－1)的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
已知：①“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不
发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转
化为相应的硫酸盐；
②Kb(NH3·H2O)≈2×10－5 mol·L－1。
回答下列问题：
(1)为了加快“焙烧”速率，可采用的物理方法为_____________(填一种即可)。
1
2
3
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6
7
粉碎(或搅拌)
(2)Al2O3“焙烧”时，转化为NH4Al(SO4)2；
①NH4Al(SO4)2在水中的电离方程式为
_______________________________。
②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，
各离子浓度由大到小的顺序为__________________________________。
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7
(3)“水浸”后的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，最先析出的离子为____(填离子符号)。
1
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7
Fe3＋
Fe3＋完全沉淀的pH为2.8，故最先析出的离子是Fe3＋。
(4)水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为____(填“水浴”或“油浴”)加热。
1
2
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5
6
7
油浴
水浴加热温度不会高于100 ℃，而水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为油浴。
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，
TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应
的离子方程式为___________________
_______________________。
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7
TiO2＋＋(x＋1)H2O
(6)利用表中数据，可计算出Ksp[Mg(OH)2]
＝___________________。
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7
1.0×10－11.2 mol3·L－3
根据Mg2＋完全沉淀的pH为10.9，完全沉淀时Mg2＋浓度为1.0×10－5 mol·
L－1，故Ksp[Mg(OH)2]＝c平(Mg2＋)· (OH－)＝1×10－5×(10－3.1)2＝1.0×10－11.2 mol3·L－3。
7.(2023·广东梅县东山中学高二期末)
二草酸合铜酸钾是一种重要的化工原
料，微溶于冷水、酒精，可溶于热水。
已知CuO＋2KHC2O4===K2[Cu(C2O4)2]
＋H2O，实验室制备二草酸合铜酸钾晶体{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}可采用如图步骤：
回答下列问题：
(1)CuSO4溶液显酸性的原因是_____________________________(用离子方程式表示)。
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7
Cu2＋＋2H2O Cu(OH)2＋2H＋
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7
CuSO4溶液显酸性的原因是铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子。
(2)在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，则溶液中c(Cu2＋)＝__________________{已知该温度下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20 mol3·L－3}。
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7
2.2×10－6 mol·L－1
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7
在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠
溶液反应生成氢氧化铜，当所得
溶液的pH＝7时，
根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20 mol3·
L－3＝c平(Cu2＋)· (OH－)＝c平(Cu2＋)×(1×10－7)2 mol3·L－3，解得
c平(Cu2＋)＝2.2×10－6 mol·L－1。
(3)已知H2C2O4的电离平衡常数：Ka1＝5.6×10－2 mol·L－1、Ka2＝1.5×
10－4 mol·L－1，则KHC2O4溶液显_____(填“酸性”或“碱性”)。
酸性
1
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5
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7
(4)操作④后得到的晶体需用少量酒
精洗涤，其目的是_______________
_______________________________
___________。
(5)过滤时用到的玻璃仪器有漏斗、______________。
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7
除去表面的可溶性杂质和水分，同时酒精易挥发，晶体易干燥
烧杯、玻璃棒
(6)原料H2C2O4纯度的测定
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。称取一定量的H2C2O4试样，配制成250 mL溶液，取试样溶液25.00 mL，用a mol·L－1的酸性KMnO4标准溶液滴定，消耗酸性KMnO4标准溶液b mL(假设杂质不与酸性KMnO4溶液
反应)。
①滴定前，盛装酸性KMnO4标准溶液的仪器在
排气泡时，应选择图中的__(填字母)。
1
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7
b
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5
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7
酸性KMnO4标准溶液装在酸式滴定管里，c为碱式滴定管，滴定前，盛装酸性KMnO4标准溶液的仪器在排气泡时，应选择图中的b。
②滴定终点的现象为_____________
____________________________________________________________________。
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7
当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液时，溶液恰好由无色变成浅紫色，且半分钟内不褪色作业43 离子反应在化工流程中的应用
(分值：100分)
(选择题1～4题，每小题10分，共40分)
1．化工行业常用硒(Se)作催化剂，该催化剂具有反应条件温和、成本低、环境污染小、用后处理简便等优点。以铜阳极泥(主要成分为Cu2Se、Ag2Se，还含有少量Ag、Au、Pt等)为原料制备纯硒的工艺流程如图。
已知：①“净化除杂”时采用真空蒸馏的方法提纯硒(沸点为685 ℃)；
②焙烧后，Cu、Ag均以硫酸盐形式存在，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×10－5 mol3·L－3；
③“浸出液”中溶质的饱和浓度不小于0.01 mol·L－1；离子浓度小于1×10－5mol·L－1时，认为不含该离子。
下列说法错误的是( )
A．“加硫酸并焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸
B．“水吸收”过程得到的溶液呈酸性
C．在实验室蒸馏时，需要用到直形冷凝管
D．“浸出液”中的溶质成分一定不含Ag＋和SO
2．某含锰废水中主要含有MnSO4，另含H＋、Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Al3＋等，某同学为了回收Mn单质设计如下工艺流程，下列说法不正确的是( )
已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝1.5×10－10 mol3·L－3、Ksp(MgF2)＝7.5×10－11 mol3·L－3。
A．滤渣1主要含Fe(OH)3和Al(OH)3
B．除钙镁步骤中，当Ca2＋、Mg2＋沉淀完全时，溶液中＝2
C．滤液4主要含(NH4)2CO3
D．反应①中Si可用铝替代
3.一种吸收SO2再经氧化得到硫酸盐的过程如图所示。室温下，用0.1 mol·L－1NaOH溶液吸收SO2，若通入SO2所引起的溶液体积变化和H2O的挥发可忽略，溶液中含硫物种的浓度c总＝c(H2SO3)＋c(HSO)＋c(SO)。H2SO3的电离常数分别为Ka1＝1.29×10－2 mol·L－1、Ka2＝6.24×10－8 mol·L－1。下列说法正确的是( )
A．“吸收”应在较高的温度下进行
B．“吸收”所得溶液中：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HSO)＋c(SO)＋c(OH－)
C．若“吸收”所得c总＝0.1 mol·L－1溶液中：c(SO)D．“氧化”调节溶液pH约为5，主要发生反应：2HSO＋O2===2SO＋2H＋
4．(2023·湖南，9)处理某铜冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如下：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36 mol2·L－2，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24 mol2·L－2。
下列说法错误的是( )
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2OHS－＋OH－
C．“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中＝4.0×10－12
D．“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
5．(18分，每空3分)以铁镍合金(含少量铜)为原料，生产电极材料LiNiO2的部分工艺流程如图所示：
已知：①表中列出了几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Cu2＋ Ni2＋
开始沉淀的pH 1.1 5.8 4.6 6.7
完全沉淀的pH 3.2 8.8 7.4 9.5
②Ksp[Fe(OH)3]＝5×10－38 mol4·L－4；
③本工艺环境下KMnO4溶液不与Ni2＋发生反应。
回答下列问题：
(1)LiNiO2中Ni的化合价为________。
(2)“酸溶”时Ni转化为NiSO4，该过程中温度控制在70～80 ℃的原因是_________________
_______________________________________________________________________________。
(3)“除铁”时加入适量KMnO4溶液并调节溶液pH的目的是除去铁元素，同时溶液中不会有明显的锰元素残留，写出“除铁”步骤的离子方程式：_________________________________
________________________________________________________________________，
常温下此体系中Fe3＋残留最大浓度为________ mol·L－1。
(4)“除铜”时不能通过调节溶液的pH来除去溶液中的Cu2＋，理由是__________________。
(5)“沉镍”时得到碳酸镍(NiCO3)沉淀。在空气中碳酸镍与碳酸锂共同“煅烧”可制得LiNiO2，该反应过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________________________。
6．(21分，每空3分)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
常温下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀(c＝0.1 mol· L－1)的pH 1.5 3.4 8.9 12.0
沉淀完全(c＝1.0× 10－5 mol·L－1)的pH 2.8 4.7 10.9 13.8
已知：①“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐；
②Kb(NH3·H2O)≈2×10－5 mol·L－1。
回答下列问题：
(1)为了加快“焙烧”速率，可采用的物理方法为______________(填一种即可)。
(2)Al2O3“焙烧”时，转化为NH4Al(SO4)2；
①NH4Al(SO4)2在水中的电离方程式为_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，各离子浓度由大到小的顺序为_________________。
(3)“水浸”后的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，最先析出的离子为______________(填离子符号)。
(4)水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为______________(填“水浴”或“油浴”)加热。
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(6)利用表中数据，可计算出Ksp[Mg(OH)2]＝__________。
7．(21分，每空3分)(2023·广东梅县东山中学高二期末)二草酸合铜酸钾是一种重要的化工原料，微溶于冷水、酒精，可溶于热水。已知CuO＋2KHC2O4===K2[Cu(C2O4)2]＋H2O，实验室制备二草酸合铜酸钾晶体{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}可采用下列步骤：
回答下列问题：
(1)CuSO4溶液显酸性的原因是____________________________________________________
_____________________________________________________________________(用离子方程式表示)。
(2)在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，则溶液中c(Cu2＋)＝______________{已知该温度下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20 mol3·L－3}。
(3)已知H2C2O4的电离平衡常数：Ka1＝5.6×10－2 mol·L－1、Ka2＝1.5×10－4 mol·L－1，则KHC2O4溶液显______(填“酸性”或“碱性”)。
(4)操作④后得到的晶体需用少量酒精洗涤，其目的是________________________________。
(5)过滤时用到的玻璃仪器有漏斗、__________。
(6)原料H2C2O4纯度的测定
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。称取一定量的H2C2O4试样，配制成250 mL溶液，取试样溶液25.00 mL，用a mol·L－1的酸性KMnO4标准溶液滴定，消耗酸性KMnO4标准溶液b mL(假设杂质不与酸性KMnO4溶液反应)。
①滴定前，盛装酸性KMnO4标准溶液的仪器在排气泡时，应选择图中的__________(填字母)。
②滴定终点的现象为_____________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
作业43 离子反应在化工流程中的应用
1．D 2.C 3.D 4.D
5．(1)＋3
(2)温度太低，反应(浸出)速率太慢；温度过高，硝酸容易挥发(或分解)
(3)MnO＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋ 5.0×10－8
(4)当Cu(OH)2沉淀完全时，也有部分Ni2＋生成了Ni(OH)2沉淀，Ni2＋损失
(5)1∶4
解析 工业上以铁镍合金(含少量铜)为原料，加入H2SO4、HNO3溶液酸溶后，溶液中含有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋、Ni2＋等；加入高锰酸钾溶液，Fe2＋被氧化为Fe3＋，调pH的目的是除去Fe3＋而不除去Ni2＋、Cu2＋，pH的调控范围是4～4.5，滤渣1为氢氧化铁；然后加入H2S，使铜离子转化为CuS沉淀，则滤渣2为CuS；沉镍时加入Na2CO3溶液得到碳酸镍(NiCO3)沉淀，在空气中碳酸镍与碳酸锂共同“煅烧”可制得LiNiO2。
(3)溶液中不会有明显的锰元素残留，说明此时锰元素以MnO2的形式存在，亚铁离子被氧化成铁离子，调节溶液pH为4～4.5，结合题表数据，可知生成的是Fe(OH)3，离子方程式为MnO＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋。常温下此体系中Fe3＋残留浓度最大时溶液pH＝4，c(OH－)＝10－10 mol·L－1，所以c平(Fe3＋)＝＝ mol·L－1＝5.0×10－8 mol·L－1。
(5)煅烧过程中O2是氧化剂，反应中1 mol O2可得到4 mol电子，还原剂NiCO3被氧化为LiNiO2,1 mol NiCO3失去1 mol电子，则此过程中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶4。
6．(1)粉碎(或搅拌)
(2)①NH4Al(SO4)2===NH＋Al3＋＋2SO
②c(SO)>c(NH)>c(Al3＋)>c(H＋)>c(OH－)
(3)Fe3＋ (4)油浴
(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋
(6)1.0×10－11.2 mol3·L－3
解析 (2)②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，硫酸铝铵完全电离：NH4Al(SO4)2===NH＋Al3＋＋2SO，硫酸根离子不水解，Kh(NH)＝＝5×10－10 mol·L－1，Kh(Al3＋)＝＝＝1×10－9.2 mol2·L－2，Al3＋的水解程度大于NH的水解程度，故各离子浓度由大到小的顺序为c(SO)>c(NH)>c(Al3＋)>c(H＋)>c(OH－)。
(3)Fe3＋完全沉淀的pH为2.8，故最先析出的离子是Fe3＋。
(4)水浴加热温度不会高于100 ℃，而水浸渣在160 ℃“酸溶”，最适合的加热方式为油浴。
(6)根据Mg2＋完全沉淀的pH为10.9，完全沉淀时Mg2＋浓度为1.0×10－5 mol·L－1，故Ksp[Mg(OH)2]＝c平(Mg2＋)·c(OH－)＝1×10－5×(10－3.1)2＝1.0×10－11.2 mol3·L－3。
7．(1)Cu2＋＋2H2O??Cu(OH)2＋2H＋
(2)2.2×10－6 mol·L－1 (3)酸性 (4)除去表面的可溶性杂质和水分，同时酒精易挥发，晶体易干燥 (5)烧杯、玻璃棒
(6)①b ②当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液时，溶液恰好由无色变成浅紫色，且半分钟内不褪色
解析 (1)CuSO4溶液显酸性的原因是铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子。
(2)在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20 mol3·L－3＝c平(Cu2＋)·c(OH－)＝c平(Cu2＋)×(1×10－7)2 mol3·L－3，解得c平(Cu2＋)＝2.2×10－6 mol·L－1。
(3)已知H2C2O4的电离平衡常数：Ka1＝5.6×10－2 mol·L－1、Ka2＝1.5×10－4 mol·L－1，HC2O的水解常数Kh2＝＝ mol·L－1＝×10－12 mol·L－1(6)①酸性KMnO4标准溶液装在酸式滴定管里，c为碱式滴定管，滴定前，盛装酸性KMnO4标准溶液的仪器在排气泡时，应选择图中的b。
