【26版化学人教版选择性必修一学习笔记第三章 章末提升课 第2课时离子反应在化工流程中的应用

第2课时　离子反应在化工流程中的应用

[核心素养发展目标]　1.了解常考化工流程题的一般形式。2.能从“电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡”的视角分析化工生产的相关问题。

1．工艺流程题的一般呈现形式

2．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。

3．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：

一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：

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________。

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(2023·山东，17)盐湖卤水(主要含Na^＋、Mg^2＋、Li^＋、Cl^－、SO2－4和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li₂CO₃的工艺流程如下：

已知：常温下，K_sp(Li₂CO₃)＝2.2×10^－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。

回答下列问题：

(1)含硼固体中的B(OH)₃在水中存在平衡：B(OH)₃＋H₂OH^＋＋\a\vs4\al\co1(BOH4)^－(常温下，K_a＝10^－9.24)；B(OH)₃与NaOH溶液反应可制备硼砂Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O。常温下，在0.10 mol·L^－1硼砂溶液中，\a\vs4\al\co1(B4O5OH4)^2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)₃和\a\vs4\al\co1(BOH4)^－，该水解反应的离子方程式为_______________________________________________________________，

该溶液pH＝__________。

(2)滤渣 Ⅰ 的主要成分是_______________________________________________________

(填化学式)；精制 Ⅰ 后溶液中Li^＋的浓度为2.0 mol·L^－1，则常温下精制 Ⅱ 过程中CO2－3浓度应控制在__________________mol·L^－1以下。若脱硼后直接进行精制 Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加__________________(填化学式)的用量。

(3)精制 Ⅱ 的目的是________________________________________________________；

进行操作X时应选择的试剂是________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

1．实验小组设计实验除去粗盐溶液中的Ca^2＋、Mg^2＋、SO2－4并进行定性检验。

已知：K_sp[Mg(OH)₂]＝5.6×10^－12，K_sp(BaSO₄)＝1.1×10^－10，K_sp(BaCO₃)＝2.6×10^－9。

下列说法不正确的是(　　)

A．常温时，调节溶液的pH＞12，可使滤液中c(Mg^2＋)＜1×10^－5mol·L^－1

B．加入Na₂CO₃溶液仅发生反应：Ba^2＋＋CO2－3===BaCO₃↓、Ca^2＋＋CO2－3===CaCO₃↓

C．加入盐酸发生的反应是2H^＋＋CO2－3===CO₂↑＋H₂O、H^＋＋OH^－===H₂O

D．若步骤①加入BaCl₂溶液后进行过滤，可以避免白色沉淀M的生成

2．(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：K_sp(ZnS)＝1.6×10^－24，K_sp(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MnO－4＋3Fe^2＋＋7H₂O===MnO₂↓＋3Fe(OH)₃↓＋5H^＋

C．若试剂a为ZnS，反应ZnS(s)＋Cu^2＋(aq)===Zn^2＋(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

3．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Co^2＋＋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Fe^2＋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Ca^2＋、Mg^2＋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Ca^2＋、Mg^2＋沉淀不完全，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[K_sp(CaF₂)＝1.0×10^－10，K_sp(MgF₂)＝7.4×10^－11，K_a(HF)＝3.5×10^－4]

(3)萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂(HA)₂，实验测得Co^2＋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________________________________。

②Co^2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是_______________________________。

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