資源簡介

第2課時　離子反應(yīng)在化工流程中的應(yīng)用
[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]　1.了解常考化工流程題的一般形式。2.能從“電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡”的視角分析化工生產(chǎn)的相關(guān)問題。
1．工藝流程題的一般呈現(xiàn)形式
2．工藝流程題解題思路
(1)審題流程
(2)識圖技巧
圖1箭頭表示反應(yīng)物加入同時生成物出來；
圖2箭頭表示反應(yīng)物分步加入和生成物出來；
圖3箭頭表示循環(huán)反應(yīng)。
3．典例剖析
例1　(2022·全國乙卷，26)廢舊鉛酸蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，為了保護環(huán)境、充分利用鉛資源，通過下圖流程實現(xiàn)鉛的回收。
一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表：
難溶電解質(zhì) PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如下表：
金屬氫氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
開始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
回答下列問題：
(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為________________________，用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因：________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在“脫硫”中，加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化，原因是__________
________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是________________________________________________；
(ⅱ)H2O2促進了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，其化學(xué)方程式為______________
________________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，H2O2的作用是_________________________。
(4)“酸浸”后溶液的pH約為4.9，濾渣的主要成分是__________。
(5)“沉鉛”的濾液中，金屬離子有__________。
流程解讀　鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，向鉛膏中加入碳酸鈉溶液進行脫硫，硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，過濾，向所得固體中加入醋酸、過氧化氫進行酸浸，過氧化氫可將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時的pH可知，濾渣主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵，過濾后，向濾液中加入氫氧化鈉溶液進行沉鉛，得到氫氧化鉛沉淀，濾液中的金屬陽離子主要為鈉離子和鋇離子，氫氧化鉛再進行處理得到PbO。
答案　(1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)　反應(yīng)PbSO4(s)＋CO(aq)??PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO4可以比較徹底的轉(zhuǎn)化為PbCO3
(2)反應(yīng)BaSO4(s)＋CO(aq)??BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝≈0.04 105，反應(yīng)正向進行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋　(ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O　(ⅲ)作還原劑
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3　(5)Ba2＋、Na＋
解析　(1)“脫硫”中，碳酸鈉溶液與硫酸鉛反應(yīng)生成碳酸鉛和硫酸鈉，反應(yīng)的離子方程式為PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8，反應(yīng)PbSO4(s)＋CO(aq)??PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝≈3.4×105>105，說明反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化的比較徹底，且轉(zhuǎn)化后生成的碳酸鉛可由酸浸進入溶液中，減少鉛的損失。(2)反應(yīng)BaSO4(s)＋CO(aq)??BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝≈0.04 105，說明該反應(yīng)正向進行的程度有限，因此加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化。(3)(ⅰ)過氧化氫有氧化性，亞鐵離子有還原性，會被過氧化氫氧化為鐵離子。(ⅱ)過氧化氫促進金屬Pb在醋酸溶液中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，過氧化氫與Pb、HAc發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pb(Ac)2和H2O，依據(jù)得失電子守恒和原子守恒可知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。(ⅲ)過氧化氫也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，鉛元素化合價由＋4價降低到＋2價，PbO2是氧化劑，則過氧化氫是還原劑。(4)酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時的pH可知，濾渣的主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵。(5)加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化，鐵離子、鋁離子分別轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，鉛轉(zhuǎn)化為氫氧化鉛，最終轉(zhuǎn)化為氧化鉛，因此沉鉛的濾液中，金屬離子有Ba2＋和加入碳酸鈉、氫氧化鈉時引入的Na＋。
例2　(2023·山東，17)鹽湖鹵水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經(jīng)兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下：
已知：常溫下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示。
回答下列問題：
(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O??H＋＋－(常溫下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，2－水解生成等物質(zhì)的量濃度的B(OH)3和－，該水解反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________
____________________________________________________________________________，
該溶液pH＝__________________。
(2)濾渣Ⅰ的主要成分是__________(填化學(xué)式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的濃度為2.0 mol·L－1，則常溫下精制Ⅱ過程中CO濃度應(yīng)控制在__________________mol·L－1以下。若脫硼后直接進行精制 Ⅰ，除無法回收HCl外，還將增加__________________(填化學(xué)式)的用量。
(3)精制Ⅱ的目的是________________________________________________________
________________________________________________________________________；
進行操作X時應(yīng)選擇的試劑是__________________，若不進行該操作而直接濃縮，將導(dǎo)致________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)[B4O5(OH)4]2－＋5H2O??2B(OH)3＋2[B(OH)4]－　9.24　(2)Mg(OH)2、CaSO4　5.5×10－3　Na2CO3、CaO　(3)加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋)，提高Li2CO3純度　鹽酸　濃縮液中因CO濃度過大使得Li＋過早沉淀，即濃縮結(jié)晶得到的NaCl中會混有Li2CO3，最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小
解析　(2)精制Ⅰ后溶液中Li＋的濃度為2.0 mol·L－1，由Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2可知，則常溫下精制Ⅱ過程中CO濃度應(yīng)控制在 mol·L－1＝5.5×10－3 mol·L－1以下。(3)精制Ⅰ中，加入CaO，由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得濾液中還含有一定濃度的Ca2＋，還需要除去Ca2＋，因此，精制Ⅱ的目的是加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋)，提高Li2CO3純度。操作X是為了除去剩余的碳酸根離子，防止引入雜質(zhì)離子，應(yīng)選擇的試劑是鹽酸。
1．實驗小組設(shè)計實驗除去粗鹽溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO并進行定性檢驗。
已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9。
下列說法不正確的是(　　)
A．常溫時，調(diào)節(jié)溶液的pH＞12，可使濾液中c(Mg2＋)＜1×10－5mol·L－1
B．加入Na2CO3溶液僅發(fā)生反應(yīng)：Ba2＋＋CO===BaCO3↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓
C．加入鹽酸發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋CO===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O
D．若步驟①加入BaCl2溶液后進行過濾，可以避免白色沉淀M的生成
答案　B
解析　常溫時，調(diào)節(jié)溶液的pH＞12，則氫氧根離子濃度大于10－2 mol·L－1，則濾液中c(Mg2＋)＜＝5.6×10－8 mol·L－1<1×10－5 mol·L－1，A正確；由題意可知，加入過量飽和Na2CO3溶液還會存在部分硫酸鋇轉(zhuǎn)化為碳酸鋇，故還有反應(yīng)：BaSO4(s)＋CO(aq)===BaCO3(s)＋SO(aq)，B錯誤；加入稀鹽酸除去過量氫氧化鈉、碳酸鈉，故加入鹽酸發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋CO===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O，C正確；流程中加入過量飽和碳酸鈉溶液會將部分硫酸鋇轉(zhuǎn)化為碳酸鋇沉淀，同時生成硫酸根離子，故步驟①加入BaCl2溶液后進行過濾，可以避免白色沉淀M的生成，D正確。
2．(2023·山西忻州高二月考)四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O，難溶于水]是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保防銹顏料。實驗室以鋅灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O的流程如下：
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36。
下列說法錯誤的是(　　)
A．濾渣Ⅰ的主要成分是SiO2
B．步驟Ⅰ中，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5后加KMnO4溶液反應(yīng)的離子方程式為MnO＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋
C．若試劑a為ZnS，反應(yīng)ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝2.5×1011
D．沉鋅后的母液中可回收利用的物質(zhì)有K2SO4、(NH4)2SO4
答案　A
解析　原料鋅灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)中，SiO2不與酸反應(yīng)，PbO被硫酸轉(zhuǎn)化為難溶的PbSO4，其余完全變成相應(yīng)的硫酸鹽進入溶液，濾渣Ⅰ為硫酸鉛和SiO2。加入高錳酸鉀氧化硫酸亞鐵，其自身被還原為MnO2，硫酸亞鐵最終轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，濾渣Ⅱ為MnO2、Fe(OH)3，試劑a用來除掉溶液中的銅離子。加入碳酸氫銨得到ZnCO3和Zn(OH)2，加入H3PO4得到Zn3(PO4)2·4H2O。反應(yīng)ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝＝＝＝2.5×1011，C正確。
3．鈷的氧化物常用于制取催化劑和顏料等。以含鈷廢料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)為原料制取鈷的氧化物的流程如下。
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)為Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH。寫出NaClO3氧化Fe2＋的離子方程式：__________________________________________________________________。
(2)除Ca、Mg：當(dāng)某離子濃度c≤1×10－6 mol·L－1時，認為該離子已除盡。
①為使Ca2＋、Mg2＋除盡，必須保持溶液中c(F－)≥________mol·L－1。
②若調(diào)節(jié)溶液的pH偏低，將會導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是_______________
____________________________________________________________________________。
[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]
(3)萃取、反萃取：加入某有機酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖所示。向萃取所得有機相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
①該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是________________________________。
②Co2＋萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是_________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)6Fe2＋＋ClO＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(2)①0.01　②pH偏低，氫離子濃度過大導(dǎo)致氟離子和氫離子結(jié)合成HF分子
(3)①實現(xiàn)Co2＋的提取和富集　②隨著pH升高，氫離子濃度減小，Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋平衡正向移動，導(dǎo)致Co2＋萃取率升高；若pH過高，則Co2＋轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀，導(dǎo)致Co2＋萃取率下降
解析　(2)①Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，則氟化鈣溶解度更大，鈣離子除盡需要保證氟離子濃度至少為＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1。(3)①該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是將Co2＋從濾液中提取到有機層中，然后分液后再反萃取到水層中，實現(xiàn)Co2＋的提取和富集。
(選擇題1～5題，每小題6分，共30分)
1．化工行業(yè)常用硒(Se)作催化劑，該催化劑具有反應(yīng)條件溫和、成本低、環(huán)境污染小、用后處理簡便等優(yōu)點。以銅陽極泥(主要成分為Cu2Se、Ag2Se，還含有少量Ag、Au、Pt等)為原料制備純硒的工藝流程如圖。
已知：①“凈化除雜”時采用真空蒸餾的方法提純硒(沸點為685 ℃)；
②焙燒后，Cu、Ag均以硫酸鹽形式存在，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×10－5；
③“浸出液”中溶質(zhì)的飽和濃度不小于0.01 mol·L－1；離子濃度小于1×10－5mol·L－1時，認為不含該離子。
下列說法錯誤的是(　　)
A．“加硫酸并焙燒”時使用的硫酸應(yīng)為濃硫酸
B．“水吸收”過程得到的溶液呈酸性
C．在實驗室蒸餾時，需要用到直形冷凝管
D．“浸出液”中的溶質(zhì)成分一定不含Ag＋和SO
答案　D
解析　濃硫酸具有強氧化性，可將Se2－氧化成SeO2，稀硫酸不能將Cu2Se氧化成CuSO4和SeO2，故“加硫酸并焙燒”時使用的硫酸應(yīng)為濃硫酸，A正確；SeO2和SO2都是酸性氧化物，加水后溶液呈酸性，B正確；當(dāng)“浸出液”中溶質(zhì)的飽和濃度等于0.01 mol·L－1時，c2(Ag＋)·c(SO)＝0.022×0.01＝4×10－6<1.4×10－5，“浸出液”中的溶質(zhì)含有Ag2SO4，D錯誤。
2．某含錳廢水中主要含有MnSO4，另含H＋、Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Al3＋等，某同學(xué)為了回收Mn單質(zhì)設(shè)計如下工藝流程，下列說法不正確的是(　　)
已知25 ℃時，Ksp(CaF2)＝1.5×10－10、Ksp(MgF2)＝7.5×10－11。
A．濾渣1主要含F(xiàn)e(OH)3和Al(OH)3
B．除鈣鎂步驟中，當(dāng)Ca2＋、Mg2＋沉淀完全時，溶液中＝2
C．濾液4主要含(NH4)2CO3
D．反應(yīng)①中Si可用鋁替代
答案　C
解析　含錳廢水中加入H2O2把Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，所以濾渣1主要含F(xiàn)e(OH)3和Al(OH)3，故A正確；除鈣鎂步驟中，當(dāng)Ca2＋、Mg2＋沉淀完全時，溶液中＝＝＝＝2，故B正確；“沉錳過程”是硫酸錳與NH4HCO3反應(yīng)生成MnCO3沉淀、二氧化碳氣體、水和硫酸銨，濾液4主要含硫酸銨，故C錯誤；MnO能和Al發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成Mn，所以反應(yīng)①中Si可用鋁替代，故D正確。
3．一種吸收SO2再經(jīng)氧化得到硫酸鹽的過程如圖所示。室溫下，用0.1 mol·L－1NaOH溶液吸收SO2，若通入SO2所引起的溶液體積變化和H2O的揮發(fā)可忽略，溶液中含硫物種的濃度c總＝c(H2SO3)＋c(HSO)＋c(SO)。H2SO3的電離常數(shù)分別為Ka1＝1.29×10－2、Ka2＝6.24×10－8。下列說法正確的是(　　)
A．“吸收”應(yīng)在較高的溫度下進行
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總＝0.1 mol·L－1溶液中：c(SO)D．“氧化”調(diào)節(jié)溶液pH約為5，主要發(fā)生反應(yīng)：2HSO＋O2===2SO＋2H＋
答案　D
解析　二氧化硫是氣體，溫度越高，溶解越難，因此“吸收”不應(yīng)在較高的溫度下進行，故A錯誤；“吸收”所得溶液中，根據(jù)電荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HSO)＋2c(SO)＋c(OH－)，故B錯誤；“吸收”所得c總＝0.1 mol·L－1溶液中，溶質(zhì)為亞硫酸氫鈉，HSO的水解常數(shù)Kh2＝＝≈7.75×10－13c(H2SO3)，故C錯誤；“氧化”調(diào)節(jié)溶液pH約為5，根據(jù)Ka1＝1.29×10－2＝＝，則＝＝1.29×103，因此溶液中主要是亞硫酸氫鈉，此時氧化主要發(fā)生反應(yīng)2HSO＋O2===2SO＋2H＋，故D正確。
4．(2023·湖南，9)處理某銅冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如下：
已知：①溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
物質(zhì) Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
開始沉淀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，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
下列說法錯誤的是(　　)
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈堿性，其主要原因是S2－＋H2O??HS－＋OH－
C．“沉淀池Ⅱ”中，當(dāng)Cu2＋和Zn2＋完全沉淀時，溶液中＝4.0×10－12
D．“出水”經(jīng)陰離子交換樹脂軟化處理后，可用作工業(yè)冷卻循環(huán)用水
答案　D
解析　當(dāng)pH＝1.9時氫氧化鐵開始沉淀，當(dāng)pH＝3.5時氫氧化鋁開始沉淀，當(dāng)pH＝4時，則會生成氫氧化鋁和氫氧化鐵，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正確；硫化鈉溶液中的硫離子可以水解，產(chǎn)生氫氧根離子，使溶液顯堿性，其第一步水解的方程式為S2－＋H2O??HS－＋OH－，B正確；當(dāng)銅離子和鋅離子完全沉淀時，則硫化銅和硫化鋅都達到了沉淀溶解平衡，則＝＝＝＝4.0×10－12，C正確；“出水”中除含有陰離子外，還含有大量的Na＋、Ca2＋等，故只經(jīng)陰離子交換樹脂軟化處理后，不可用作工業(yè)冷卻循環(huán)用水，D錯誤。
5．海水中含有豐富的鎂資源。某同學(xué)設(shè)計了從模擬海水中制備MgO的實驗方案：
模擬海水中的離子濃度/(mol·L－1) Na＋ Mg2＋ Ca2＋ Cl－ HCO
0.439 0.050 0.011 0.560 0.001
注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10－5 mol·L－1時，可認為該離子不存在。
實驗過程中，假設(shè)溶液體積不變。已知：Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(MgCO3)＝6.8×10－6，Ksp[Ca(OH)2]＝4.7×10－6，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12。
下列說法正確的是(　　)
A．沉淀X為CaCO3
B．濾液M中存在Mg2＋，不存在Ca2＋
C．濾液N中存在Ca2＋和Mg2＋
D．步驟②中若改為加入4.2 g NaOH固體，沉淀Y為Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物
答案　A
解析　步驟①中，從題給條件可知n(NaOH)＝0.001 mol，即n(OH－)＝0.001 mol，依據(jù)離子反應(yīng)“先中和、后沉淀、再其他”的反應(yīng)規(guī)律，當(dāng)1.0 L模擬海水中加入0.001 mol NaOH時，OH－恰好與HCO完全反應(yīng)：OH－＋HCO===CO＋H2O，生成0.001 mol CO。由于Ksp(CaCO3) Ksp(MgCO3)，生成的CO與水中的Ca2＋反應(yīng)生成CaCO3沉淀：Ca2＋＋CO===CaCO3↓，所以沉淀X為CaCO3，故A項正確；由于CO只有0.001 mol，反應(yīng)生成CaCO3所消耗的Ca2＋為0.001 mol，濾液中還剩余c(Ca2＋)＝0.010 mol·L－1，則濾液M中同時存在Ca2＋和Mg2＋，故B項錯誤；步驟②中，當(dāng)向濾液M中加入NaOH固體調(diào)至pH＝11.0時，此時濾液中c(OH－)＝1×10－3 mol·L－1，則Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(10－3)2＝10－8Ksp[Mg(OH)2]，有Mg(OH)2沉淀生成；又Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝5.6×10－12，c(Mg2＋)＝5.6×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，則濾液N中不存在Mg2＋，故C項錯誤；步驟②中若改為加入4.2 g NaOH固體，則n(NaOH)＝0.105 mol，與0.050 mol Mg2＋發(fā)生反應(yīng)：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，生成0.050 mol Mg(OH)2，剩余0.005 mol OH－，由于Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(0.005)2＝2.5×10－76．(21分)(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用下列路線可制備粉狀BaTiO3。回答下列問題：
(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是__________________________________________。
(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”時主要反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________。
(3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是____________(填標(biāo)號)。
a．稀硫酸 b．濃硫酸
c．鹽酸 d．磷酸
(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取，是否可行？__________________，其原因是________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學(xué)方程式為_________________________。
(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產(chǎn)生的∶nCO＝__________________。
答案　(1)做還原劑，將BaSO4還原　(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　CaS也會與鹽酸反應(yīng)生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產(chǎn)品純度　(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1
解析　由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經(jīng)水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經(jīng)熱分解得到BaTiO3。(3)浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質(zhì)，“酸化”步驟應(yīng)選用鹽酸。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產(chǎn)生的∶nCO ＝1∶1。
7．(21分)(2023·河南新鄉(xiāng)高二期末)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
常溫下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀(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“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽；
②Kb(NH3·H2O)≈2×10－5。
(1)為了加快“焙燒”速率，可采用的物理方法為______________(填一種即可)。
(2)Al2O3“焙燒”時，轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2；
①NH4Al(SO4)2在水中的電離方程式為______________________________________
________________________________________________________________________。
②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，各離子濃度由大到小的順序為_______________(填離子符號)。
(3)“水浸”后的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，最先析出的離子為______________(填離子符號)。
(4)水浸渣在160 ℃“酸溶”，最適合的加熱方式為______________(填“水浴”或“油浴”)加熱。
(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為
________________________________________________________________________。
(6)利用表中數(shù)據(jù)，可計算出Ksp[Mg(OH)2]＝__________。
答案　(1)粉碎(或攪拌)
(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
解析　(2)②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，硫酸鋁銨完全電離：NH4Al(SO4)2===NH＋Al3＋＋2SO，硫酸根離子不水解，Kh(NH)＝＝5×10－10，Kh(Al3＋)＝＝＝1×10－9.1，Al3＋的水解程度大于NH的水解程度，故各離子濃度由大到小的順序為c(SO)>c(NH)>c(Al3＋)>c(H＋)>c(OH－)。
(3)Fe3＋完全沉淀的pH為2.8，故最先析出的離子是Fe3＋。
(4)水浴加熱溫度不會高于100 ℃，而水浸渣在160 ℃“酸溶”，最適合的加熱方式為油浴。
(6)根據(jù)Mg2＋完全沉淀的pH為10.9，完全沉淀時Mg2＋濃度為1.0×10－5 mol·L－1，故Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1×10－5×(10－3.1)2＝1.0×10－11.2。
8．(28分)(2023·廣東東山中學(xué)高二期末)二草酸合銅酸鉀是一種重要的化工原料，微溶于冷水、酒精，可溶于熱水。已知CuO＋2KHC2O4===K2[Cu(C2O4)2]＋H2O，實驗室制備二草酸合銅酸鉀晶體{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}可采用下列步驟：
(1)CuSO4溶液顯酸性的原因是_______________________________________________(用離子方程式表示)。
(2)在常溫下，膽礬溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化銅，當(dāng)所得溶液的pH＝7時，則溶液中c(Cu2＋)＝______________{已知該溫度下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}。
(3)已知H2C2O4的電離平衡常數(shù)：Ka1＝5.6×10－2、Ka2＝1.5×10－4，則KHC2O4溶液顯________(填“酸性”或“堿性”)。
(4)操作④后得到的晶體需用少量酒精洗滌，其目的是______________________________。
(5)過濾時用到的玻璃儀器有漏斗、__________。
(6)原料H2C2O4純度的測定
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。稱取一定量的H2C2O4試樣，配制成250 mL溶液，取試樣溶液25.00 mL，用a mol·L－1的酸性KMnO4標(biāo)準液滴定，消耗酸性KMnO4標(biāo)準液b mL(假設(shè)雜質(zhì)不與酸性KMnO4溶液反應(yīng))。
①滴定前，盛裝酸性KMnO4標(biāo)準液的儀器在排氣泡時，應(yīng)選擇圖中的____________(填字母)。
②滴定終點的現(xiàn)象為____________。
答案　(1)Cu2＋＋2H2O??Cu(OH)2＋2H＋
(2)2.2×10－6 mol·L－1　(3)酸性　(4)除去表面的可溶性雜質(zhì)和水分，同時酒精易揮發(fā)，晶體易干燥　(5)燒杯、玻璃棒
(6)①b　②當(dāng)?shù)稳胱詈蟀氲蜬MnO4溶液時，溶液恰好由無色變成淺紫色，且半分鐘內(nèi)不褪色
解析　(1)CuSO4溶液顯酸性的原因是銅離子水解生成氫氧化銅和氫離子。
(2)在常溫下，膽礬溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化銅，當(dāng)所得溶液的pH＝7時，根據(jù)Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝c(Cu2＋)×(1×10－7)2，解得c(Cu2＋)＝2.2×10－6 mol·L－1。
(3)已知H2C2O4的電離平衡常數(shù)：Ka1＝5.6×10－2、Ka2＝1.5×10－4，HC2O的水解常數(shù)Kh2＝＝＝×10－12(6)①酸性KMnO4標(biāo)準液裝在酸式滴定管里，c為堿式滴定管，滴定前，盛裝酸性KMnO4標(biāo)準液的儀器在排氣泡時，應(yīng)選擇圖中的b。第2課時　離子反應(yīng)在化工流程中的應(yīng)用
[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]　1.了解常考化工流程題的一般形式。2.能從“電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡”的視角分析化工生產(chǎn)的相關(guān)問題。
1．工藝流程題的一般呈現(xiàn)形式
2．工藝流程題解題思路
(1)審題流程
(2)識圖技巧
圖1箭頭表示反應(yīng)物加入同時生成物出來；
圖2箭頭表示反應(yīng)物分步加入和生成物出來；
圖3箭頭表示循環(huán)反應(yīng)。
3．典例剖析
例1　(2022·全國乙卷，26)廢舊鉛酸蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，為了保護環(huán)境、充分利用鉛資源，通過下圖流程實現(xiàn)鉛的回收。
一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表：
難溶電解質(zhì) PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5× 10－8 7.4× 10－14 1.1× 10－10 2.6× 10－9
一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如下表：
金屬氫氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
開始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
回答下列問題：
(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為________________________________，
用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因：________________________________。
(2)在“脫硫”中，加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化，原因是____________
_________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是_________________________________________________；
(ⅱ)H2O2促進了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，其化學(xué)方程式為_______________
________________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，H2O2的作用是__________________________。
(4)“酸浸”后溶液的pH約為4.9，濾渣的主要成分是__________________。
(5)“沉鉛”的濾液中，金屬離子有________。
流程解讀　鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，向鉛膏中加入碳酸鈉溶液進行脫硫，硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，過濾，向所得固體中加入醋酸、過氧化氫進行酸浸，過氧化氫可將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時的pH可知，濾渣主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵，過濾后，向濾液中加入氫氧化鈉溶液進行沉鉛，得到氫氧化鉛沉淀，濾液中的金屬陽離子主要為鈉離子和鋇離子，氫氧化鉛再進行處理得到PbO。
例2　(2023·山東，17)鹽湖鹵水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經(jīng)兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下：
已知：常溫下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示。
回答下列問題：
(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O??H＋＋－(常溫下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，2－水解生成等物質(zhì)的量濃度的B(OH)3和－，該水解反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________________________________，
該溶液pH＝__________。
(2)濾渣 Ⅰ 的主要成分是_______________________________________________________
(填化學(xué)式)；精制 Ⅰ 后溶液中Li＋的濃度為2.0 mol·L－1，則常溫下精制 Ⅱ 過程中CO濃度應(yīng)控制在__________________mol·L－1以下。若脫硼后直接進行精制 Ⅰ，除無法回收HCl外，還將增加__________________(填化學(xué)式)的用量。
(3)精制 Ⅱ 的目的是________________________________________________________；
進行操作X時應(yīng)選擇的試劑是________，若不進行該操作而直接濃縮，將導(dǎo)致________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
1．實驗小組設(shè)計實驗除去粗鹽溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO并進行定性檢驗。
已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9。
下列說法不正確的是(　　)
A．常溫時，調(diào)節(jié)溶液的pH＞12，可使濾液中c(Mg2＋)＜1×10－5mol·L－1
B．加入Na2CO3溶液僅發(fā)生反應(yīng)：Ba2＋＋CO===BaCO3↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓
C．加入鹽酸發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋CO===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O
D．若步驟①加入BaCl2溶液后進行過濾，可以避免白色沉淀M的生成
2．(2023·山西忻州高二月考)四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O，難溶于水]是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保防銹顏料。實驗室以鋅灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O的流程如下：
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36。
下列說法錯誤的是(　　)
A．濾渣 Ⅰ 的主要成分是SiO2
B．步驟 Ⅰ 中，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5后加KMnO4溶液反應(yīng)的離子方程式為MnO＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋
C．若試劑a為ZnS，反應(yīng)ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝2.5×1011
D．沉鋅后的母液中可回收利用的物質(zhì)有K2SO4、(NH4)2SO4
3．鈷的氧化物常用于制取催化劑和顏料等。以含鈷廢料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)為原料制取鈷的氧化物的流程如下。
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)為Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH。寫出NaClO3氧化Fe2＋的離子方程式：_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)除Ca、Mg：當(dāng)某離子濃度c≤1×10－6 mol·L－1時，認為該離子已除盡。
①為使Ca2＋、Mg2＋除盡，必須保持溶液中c(F－)≥________mol·L－1。
②若調(diào)節(jié)溶液的pH偏低，將會導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]
(3)萃取、反萃取：加入某有機酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖所示。向萃取所得有機相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
①該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是________________________________。
②Co2＋萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是_______________________________。(共84張PPT)
第三章　章末提升課
第2課時　離子反應(yīng)在化工
流程中的應(yīng)用
1.了解常考化工流程題的一般形式。
2.能從“電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡”的視角分析化工生產(chǎn)的相關(guān)問題。
核心素養(yǎng)
發(fā)展目標(biāo)
1.工藝流程題的一般呈現(xiàn)形式
2.工藝流程題解題思路
(1)審題流程
(2)識圖技巧
圖1箭頭表示反應(yīng)物加入同時生成物出來；
圖2箭頭表示反應(yīng)物分步加入和生成物出來；
圖3箭頭表示循環(huán)反應(yīng)。
3.典例剖析
(2022·全國乙卷，26)廢舊鉛酸蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，為了保護環(huán)境、充分利用鉛資源，通過下圖流程實現(xiàn)鉛的回收。
例1
一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表：
一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如下表：
難溶電解質(zhì) PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
金屬氫氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
開始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
回答下列問題：
(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為___________________
_______________________，用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因：______________________________________________________
___________________________________________________________________________________。
(2)在“脫硫”中，加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化，原因是____________________________________________________________
____________________________________________________________
_________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是_______；
Fe2＋
過氧化氫有氧化性，亞鐵離子有還原性，會被過氧化氫氧化為鐵離子。
(ⅱ)H2O2促進了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，其化學(xué)方程式為__________________________________；
Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O
過氧化氫促進金屬Pb在醋酸溶液中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，過氧化氫與Pb、HAc發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pb(Ac)2和H2O，依據(jù)得失電子守恒和原子守恒可知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。
(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，H2O2的作用是___________。
作還原劑
過氧化氫也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，鉛元素化合價由＋4價降低到＋2價，PbO2是氧化劑，則過氧化氫是還原劑。
(4)“酸浸”后溶液的pH約為4.9，濾渣的主要成分是________________。
酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時的pH可知，濾渣的主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵。
Fe(OH)3、Al(OH)3
(5)“沉鉛”的濾液中，金屬離子有____________。
Ba2＋、Na＋
加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化，鐵離子、鋁離子分別轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，鉛轉(zhuǎn)化為氫氧化鉛，最終轉(zhuǎn)化為氧化鉛，因此沉鉛的濾液中，金屬離子有Ba2＋和加入碳酸鈉、氫氧化鈉時引入的Na＋。
【流程解讀】　鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，向鉛膏中加入碳酸鈉溶液進行脫硫，硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，過濾，向所得固體中加入醋酸、過氧化氫進行酸浸，過氧化氫可將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時的pH可知，濾渣主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵，過濾后，向濾液中加入氫氧化鈉溶液進行沉鉛，得到氫氧化鉛沉淀，濾液中的金屬陽離子主要為鈉離子和鋇離子，氫氧化鉛再進行處理得到PbO。
例2
(2023·山東，17)鹽湖鹵水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、 和硼
酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經(jīng)兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下：
已知：常溫下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示。
回答下列問題：
(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O H＋＋[B(OH)4]－(常溫下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物質(zhì)的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]－，該水解反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________，該溶液pH＝______。
[B4O5(OH)4]2－＋5H2O 2B(OH)3＋2[B(OH)4]－
9.24
(2)濾渣Ⅰ的主要成分是_________________(填化學(xué)式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的濃度為2.0 mol·L－1，則常溫下精制Ⅱ過程中濃度應(yīng)控制在__________mol·L－1以下。若脫硼后直接進行精制Ⅰ，除無法回收HCl外，還將增加______________(填化學(xué)式)的用量。
Mg(OH)2、CaSO4
5.5×10－3
Na2CO3、CaO
(3)精制Ⅱ的目的是____________________________________________
____________________________________________________；進行操作X時應(yīng)選擇的試劑是______，若不進行該操作而直接濃縮，將導(dǎo)致_________________________
_________________________
_________________________
_________________________
____________。
加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋)，提高Li2CO3純度
鹽酸
濃縮液中因 濃度過大使得Li＋過早沉淀，即濃縮結(jié)晶得到的NaCl中會混有Li2CO3，最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小
精制Ⅰ中，加入CaO，由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得濾液中還含有一定濃度的Ca2＋，還需要除去Ca2＋，因此，精制Ⅱ的目的是加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2＋轉(zhuǎn)化為CaCO3 (或除去精制
Ⅰ所得濾液中的Ca2＋)，提高Li2CO3純度。操作X是為了除去剩余的碳酸根離子，防止引入雜質(zhì)離子，應(yīng)選擇的試劑是鹽酸。
1
2
3
1.實驗小組設(shè)計實驗除去粗鹽溶液中的Ca2＋、Mg2＋、 并進行定性
檢驗。
已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9。
跟蹤訓(xùn)練
下列說法不正確的是
A.常溫時，調(diào)節(jié)溶液的pH＞12，
可使濾液中c(Mg2＋)＜1×
10－5mol·L－1
B.加入Na2CO3溶液僅發(fā)生反應(yīng)：
===CaCO3↓
C.加入鹽酸發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋ ===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O
D.若步驟①加入BaCl2溶液后進行過濾，可以避免白色沉淀M的生成
√
跟蹤訓(xùn)練
1
2
3
跟蹤訓(xùn)練
常溫時，調(diào)節(jié)溶液的pH＞12，則氫氧根離子濃度大于10－2 mol·L－1，則濾液
中c(Mg2＋)＜
＝5.6×10－8 mol·L－1<1×10－5 mol·L－1，A正確；
1
2
3
跟蹤訓(xùn)練
加入稀鹽酸除去過量氫氧化鈉、碳酸鈉，故加入鹽酸發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋
===CO2↑＋H2O、H＋＋OH－===H2O，C正確；
流程中加入過量飽和碳酸鈉溶液會將部分硫酸鋇轉(zhuǎn)化為碳酸鋇沉淀，同時生成硫酸根離子，故步驟①加入BaCl2溶液后進行過濾，可以避免白色沉淀M的生成，D正確。
1
2
3
2.(2023·山西忻州高二月考)四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O，難溶于水]是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保防銹顏料。實驗室以鋅灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O的流程如下：
跟蹤訓(xùn)練
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36。
1
2
3
下列說法錯誤的是
A.濾渣Ⅰ的主要成分是SiO2
B.步驟Ⅰ中，調(diào)節(jié)溶液的pH
約為5后加KMnO4溶液反
應(yīng)的離子方程式為 ＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋
C.若試劑a為ZnS，反應(yīng)ZnS(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋CuS(s)的K＝2.5×
1011
D.沉鋅后的母液中可回收利用的物質(zhì)有K2SO4、(NH4)2SO4
跟蹤訓(xùn)練
√
1
2
3
跟蹤訓(xùn)練
原料鋅灰(含Zn、ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)中，SiO2不與酸反應(yīng)，PbO被硫酸轉(zhuǎn)化為難溶的PbSO4，其余完全變成相應(yīng)的硫酸鹽進入溶液，濾渣Ⅰ為硫酸鉛和SiO2。加入高錳酸鉀氧化硫酸亞鐵，其自身被還原為MnO2，硫酸亞鐵最終轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，濾渣Ⅱ為MnO2、Fe(OH)3，試劑a用來除掉溶液中的銅離子。
1
2
3
跟蹤訓(xùn)練
1
2
3
3.鈷的氧化物常用于制取催化劑和顏料等。以含鈷廢料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)為原料制取鈷的氧化物的流程如下。
跟蹤訓(xùn)練
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)為Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
1
2
3
(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH。寫出NaClO3氧化Fe2＋的離子方程式：______________________________________。
跟蹤訓(xùn)練
1
2
3
(2)除Ca、Mg：當(dāng)某離子濃度c≤1×10－6 mol·L－1時，認為該離子已除盡。
①為使Ca2＋、Mg2＋除盡，必須保持溶液中c(F－)≥_______mol·L－1。
跟蹤訓(xùn)練
0.01
1
2
3
跟蹤訓(xùn)練
1
2
3
②若調(diào)節(jié)溶液的pH偏低，將會導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是________________________________________________________。
[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]
跟蹤訓(xùn)練
pH偏低，氫離子濃度過大導(dǎo)致氟離子和氫離子結(jié)合成HF分子
1
2
3
(3)萃取、反萃取：加入某有機酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖所示。向萃取所得有機相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
跟蹤訓(xùn)練
①該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是______________________。
實現(xiàn)Co2＋的提取和富集
該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是將Co2＋從濾液中提取到有機層中，然后分液后再反萃取到水層中，實現(xiàn)Co2＋的提取和富集。
1
2
3
②Co2＋萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是__________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
跟蹤訓(xùn)練
子濃度減小，Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋平衡正向移動，導(dǎo)致Co2＋萃取率升高；若pH過高，則Co2＋轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀，導(dǎo)致Co2＋萃取率下降
隨著pH升高，氫離
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課時對點練
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1.化工行業(yè)常用硒(Se)作催化劑，該催化劑具有反應(yīng)條件溫和、成本低、環(huán)境污染小、用后處理簡便等優(yōu)點。以銅陽極泥(主要成分為Cu2Se、Ag2Se，還含有少量Ag、Au、Pt等)為原料制備純硒的工藝流程如圖。
課時對點練
已知：①“凈化除雜”時采用真空蒸餾的方法提純硒(沸點為685 ℃)；
②焙燒后，Cu、Ag均以硫酸鹽形式存在，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×10－5；
③“浸出液”中溶質(zhì)的飽和濃度不小于0.01 mol·L－1；離子濃度小于1×
10－5mol·L－1時，認為不含該離子。
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8
下列說法錯誤的是
A.“加硫酸并焙燒”時使用的硫酸應(yīng)為濃硫酸
B.“水吸收”過程得到的溶液呈酸性
C.在實驗室蒸餾時，需要用到直形冷凝管
D.“浸出液”中的溶質(zhì)成分一定不含Ag＋和
√
課時對點練
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課時對點練
濃硫酸具有強氧化性，可將Se2－氧化成SeO2，稀硫酸不能將Cu2Se氧化成CuSO4和SeO2，故“加硫酸并焙燒”時使用的硫酸應(yīng)為濃硫酸，A正確；
SeO2和SO2都是酸性氧化物，加水后溶液呈酸性，B正確；
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課時對點練
當(dāng)“浸出液”中溶質(zhì)的飽和濃度等于0.01 mol·L－1時，c2(Ag＋)·c( )＝0.022×0.01＝4×10－6<1.4×10－5，“浸出液”中的溶質(zhì)含有Ag2SO4，D錯誤。
2.某含錳廢水中主要含有MnSO4，另含H＋、Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Al3＋等，某同學(xué)為了回收Mn單質(zhì)設(shè)計如下工藝流程，下列說法不正確的是
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課時對點練
已知25 ℃時，Ksp(CaF2)＝1.5×10－10、Ksp(MgF2)＝7.5×10－11。
A.濾渣1主要含F(xiàn)e(OH)3和Al(OH)3
B.除鈣鎂步驟中，當(dāng)Ca2＋、Mg2＋沉淀完全時，溶液中 ＝2
C.濾液4主要含(NH4)2CO3
D.反應(yīng)①中Si可用鋁替代
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含錳廢水中加入H2O2把Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，所以濾渣1主
要含F(xiàn)e(OH)3和Al(OH)3，故A正確；
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“沉錳過程”是硫酸錳與NH4HCO3反應(yīng)生成MnCO3沉淀、二氧化碳氣體、水和硫酸銨，濾液4主要含硫酸銨，故C錯誤；
MnO能和Al發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成Mn，所以反應(yīng)①中Si可用鋁替代，故D正確。
3.一種吸收SO2再經(jīng)氧化得到硫酸鹽的過程如圖所示。室溫下，用0.1 mol·
L－1NaOH溶液吸收SO2，若通入SO2所引起的溶液體積變化和H2O的揮發(fā)可忽略，溶液中含硫物種的濃度c總＝c(H2SO3)＋ 。
H2SO3的電離常數(shù)分別為Ka1＝1.29×10－2、Ka2＝6.24×10－8。下列說法正確的是
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課時對點練
二氧化硫是氣體，溫度越高，溶解越難，因此“吸收”不應(yīng)在較高的溫度下進行，故A錯誤；
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課時對點練
4.(2023·湖南，9)處理某銅冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如圖：
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課時對點練
已知：①溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
物質(zhì) Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
開始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
下列說法錯誤的是
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈堿性，其主要原因是S2－＋H2O HS－＋OH－
C.“沉淀池Ⅱ”中，當(dāng)Cu2＋和Zn2＋完全沉淀時，溶液中 ＝4.0×
10－12
D.“出水”經(jīng)陰離子交換樹脂軟化處理后，可用作工業(yè)冷卻循環(huán)用水
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當(dāng)pH＝1.9時氫氧化鐵開始沉淀，當(dāng)pH＝3.5時氫氧化鋁開始沉淀，當(dāng)pH＝4時，則會生成氫氧化鋁和氫氧化鐵，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正確；
硫化鈉溶液中的硫離子可以水解，產(chǎn)生氫氧根離子，使溶液顯堿性，其第一步水解的方程式為S2－＋H2O HS－＋OH－，B正確；
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課時對點練
“出水”中除含有陰離子外，還含有大量的Na＋、Ca2＋等，故只經(jīng)陰離子交換樹脂軟化處理后，不可用作工業(yè)冷卻循環(huán)用水，D錯誤。
5.海水中含有豐富的鎂資源。某同學(xué)設(shè)計了從模擬海水中制備MgO的實驗方案：
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課時對點練
模擬海水中的離子濃度/(mol·L－1) Na＋ Mg2＋ Ca2＋ Cl－
0.439 0.050 0.011 0.560 0.001
注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10－5 mol·L－1時，可認為該離子不存在。
實驗過程中，假設(shè)溶液體積不變。已知：Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(MgCO3)＝6.8×10－6，Ksp[Ca(OH)2]＝4.7×10－6，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12。
下列說法正確的是
A.沉淀X為CaCO3
B.濾液M中存在Mg2＋，不存在Ca2＋
C.濾液N中存在Ca2＋和Mg2＋
D.步驟②中若改為加入4.2 g NaOH固體，沉淀Y為Ca(OH)2和Mg(OH)2的
混合物
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由于 只有0.001 mol，反應(yīng)生成CaCO3所消耗的Ca2＋為0.001 mol，濾液中還剩余c(Ca2＋)＝0.010 mol·L－1，則濾液M中同時存在Ca2＋和Mg2＋，故B項錯誤；
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課時對點練
步驟②中，當(dāng)向濾液M中加入
NaOH固體調(diào)至pH＝11.0時，此
時濾液中c(OH－)＝1×10－3 mol·
L－1，則Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·
c2(OH－)＝0.010×(10－3)2＝10－8Ksp[Mg(OH)2]，有Mg(OH)2沉淀生成；又Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝5.6×10－12，c(Mg2＋)＝5.6×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，則濾液N中不存在Mg2＋，故C項錯誤；
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課時對點練
步驟②中若改為加入4.2 g
NaOH固體，則n(NaOH)＝
0.105 mol，與0.050 mol
Mg2＋發(fā)生反應(yīng)：Mg2＋＋
2OH－===Mg(OH)2↓，生成0.050 mol Mg(OH)2，剩余0.005 mol OH－，由于Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(0.005)2＝2.5×10－7< Ksp[Ca(OH)2]，所以無Ca(OH)2沉淀析出，沉淀Y為Mg(OH)2，故D項錯誤。
6.(21分)(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用下列路線可制備粉狀BaTiO3。回答下列問題：
1
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4
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8
課時對點練
(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是_______________________。
(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”時主要反應(yīng)的離子方程式為____________________。
做還原劑，將BaSO4還原
S2－＋Ca2＋===CaS↓
1
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課時對點練
(3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是_____
(填標(biāo)號)。
a.稀硫酸 b.濃硫酸
c.鹽酸 d.磷酸
c
1
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課時對點練
由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經(jīng)水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到
BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經(jīng)熱分解得到BaTiO3。
浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質(zhì)，“酸化”步驟應(yīng)選用鹽酸。
1
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課時對點練
(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取，是否可行？___________，其原因是_____________________________________________________________________。
不可行
CaS也會與鹽酸反應(yīng)生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產(chǎn)品純度
(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2
的化學(xué)方程式為_________________________________________________
_________________。
BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓
＋4NH4Cl＋2HCl
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課時對點練
(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產(chǎn)生的 ∶nCO＝________。
1∶1
“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaTiO(C2O4)2
BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產(chǎn)生的 ∶nCO ＝1∶1。
7.(21分)(2023·河南新鄉(xiāng)高二期末)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
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課時對點練
常溫下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：
1
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課時對點練
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀(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“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽；
②Kb(NH3·H2O)≈2×10－5。
(1)為了加快“焙燒”速率，可
采用的物理方法為____________
(填一種即可)。
(2)Al2O3“焙燒”時，轉(zhuǎn)化為
NH4Al(SO4)2；
①NH4Al(SO4)2在水中的電離方程式為______________________________。
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課時對點練
粉碎(或攪拌)
②在0.1 mol·L－1的NH4Al(SO4)2溶液中，各離子濃度由大到小的順序為_____________________________________(填離子符號)。
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課時對點練
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀(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
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課時對點練
(3)“水浸”后的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，最先析出的離子為______(填離子符號)。
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課時對點練
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀(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
Fe3＋
Fe3＋完全沉淀的pH為2.8，故最先析出的離子是Fe3＋。
(4)水浸渣在160 ℃“酸溶”，最適合的加熱方式為_______(填“水浴”或“油浴”)加熱。
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課時對點練
油浴
水浴加熱溫度不會高于100 ℃，而水浸渣在160 ℃“酸溶”，最適合的加熱方式為油浴。
(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，
該反應(yīng)的離子方程式為________________________________________。
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課時對點練
(6)利用表中數(shù)據(jù)，可計算出Ksp[Mg(OH)2]＝____________。
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課時對點練
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀(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
1.0×10－11.2
根據(jù)Mg2＋完全沉淀的pH為10.9，完全沉淀時Mg2＋濃度為1.0×10－5 mol·
L－1，故Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1×10－5×(10－3.1)2＝1.0×10－11.2。
8.(28分)(2023·廣東東山中學(xué)高二期末)二草酸合銅酸鉀是一種重要的化工原料，微溶于冷水、酒精，可溶于熱水。已知CuO＋2KHC2O4=== K2[Cu(C2O4)2]＋H2O，實驗室制備二草酸合銅酸鉀晶體{K2[Cu(C2O4)2]·2H2O}可采用下列步驟：
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課時對點練
(1)CuSO4溶液顯酸性的原因是_______________________________(用離子方程式表示)。
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課時對點練
Cu2＋＋2H2O Cu(OH)2＋2H＋
CuSO4溶液顯酸性的原因是銅離子水解生成氫氧化銅和氫離子。
(2)在常溫下，膽礬溶液與
氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫
氧化銅，當(dāng)所得溶液的pH
＝7時，則溶液中c(Cu2＋)
＝__________________
{已知該溫度下Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}。
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課時對點練
2.2×10－6 mol·L－1
在常溫下，膽礬溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化銅，當(dāng)所得溶液的pH＝7時，根據(jù)Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝c(Cu2＋) ×(1×10－7)2，解得c(Cu2＋)＝2.2×10－6 mol·L－1。
(3)已知H2C2O4的電離平衡常數(shù)：Ka1＝5.6×10－2、Ka2＝1.5×10－4，則KHC2O4溶液顯________
(填“酸性”或“堿性”)。
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課時對點練
酸性
(4)操作④后得到的晶體需用少量酒精洗滌，其目的是_______________
_____________________
_____________________。
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課時對點練
除去表面的可溶性雜質(zhì)和水分，同時酒精易揮發(fā)，晶體易干燥
燒杯、玻璃棒
(5)過濾時用到的玻璃儀器有漏斗、______________。
(6)原料H2C2O4純度的測定
已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。稱取一定量的H2C2O4試樣，配制成250 mL溶液，取試樣溶液25.00 mL，用a mol·L－1的酸性KMnO4標(biāo)準液滴定，消耗酸性KMnO4標(biāo)準液b mL(假設(shè)雜質(zhì)不與酸性KMnO4溶液反應(yīng))。
①滴定前，盛裝酸性KMnO4標(biāo)準液的儀器在排氣泡時，應(yīng)選擇圖中的_____(填字母)。
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課時對點練
b
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課時對點練
酸性KMnO4標(biāo)準液裝在酸式滴定管里，c為堿式滴定管，滴定前，盛裝酸性KMnO4標(biāo)準液的儀器在排氣泡時，應(yīng)選擇圖中的b。
②滴定終點的現(xiàn)象為____________________________________________
______________________________。
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課時對點練
當(dāng)?shù)稳胱詈蟀氲蜬MnO4溶液時，溶液恰好由無色變成淺紫色，且半分鐘內(nèi)不褪色

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