1、专项提能特训专项提能特训 16 化工流程中的化工流程中的 Ksp计算计算 1Li4Ti5O12和 LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为 FeTiO3，还 含有少量 MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下： 回答下列问题： 若“滤液”中 c(Mg2 )0.02 mol L1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1 倍)，使 Fe3 恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3 )1.0105 mol L1，此时是否有 Mg 3(PO4)2沉淀生成？ _(列式计算)。 已知：FePO4、Mg3(PO4)2的 Ksp分别为 1.310 22、1.01024 答案 否。Fe3 恰好
2、沉淀完全时， c(PO3 4)1.310 22 1.010 5 mol L 11.31017mol L1，c3(Mg2) c2(PO3 4)0.01 3(1.31017)21.691040 0 iii.Ksp(PbSO4) 1.08 10 8 ，K sp(PbCl2) 1.610 5 (1)20 时 ，PbCl2 (s) 在不同浓度盐酸中的最大溶解量(g L 1)如图所示。下列叙述正确的是 _(填字母)。 A盐酸浓度越小，Ksp(PbCl2)越小 Bx、y 两点对应的溶液中 c( Pb2 )不相等 C 当盐酸浓度为 1 mol L 1 时，溶液中 c( Pb2)一定最小 D当盐酸浓度小于 1
3、mol L 1 时 ，随 HCl 浓度增大，PbCl2 溶解量减少是因为 Cl 浓度增 大使 PbCl2溶解平衡逆向移动 (2)调 pH 的目的是_，PbCl2 “转化”后得到 PbSO4, 当 c(Cl ) 0.1 mol L1 时 ，c(SO2 4) _mol L 1。 答案 (1)BD (2)使 Fe3 沉淀而除去 6.75106 解析 (1)PbCl2是微溶化合物，溶于水存在平衡：PbCl2(s)Pb2 (aq)2Cl(aq)，由图像可 知在盐酸的浓度为 1 mol L 1时溶解量最小；结合题目所给信息可知，盐酸的浓度小于1 mol L1 时，主要是电离出的氯离子抑制氯化铅的溶解，大于
4、 1 mol L 1 时，可发生反应：PbCl2(s) 2Cl (aq) PbCl2 4(aq)，促进溶解。Ksp(PbCl2)只受温度的影响，温度不变，则 Ksp(PbCl2)不 变，故 A 错误；根据分析可知 x、y 两点对应的溶液中的溶质不同，所以 c(Pb2 )不相等，故 B 正确；根据分析可知当盐酸浓度大于 1 mol L 1 时，主要发生反应：PbCl2(s)2Cl (aq)PbCl2 4(aq)，所以此时 c(Pb 2)不一定最小，故 C 错误；根据分析可知盐酸浓度小于 1 mol L 1 时，主要存在平衡 PbCl2(s)Pb2 (aq)2Cl(aq)，氯离子的增多使平衡逆向移
5、动， 故 D 正确。 (2)调节 pH 的主要目的是使 Fe3 转化为沉淀，从而除去；沉淀转化的化学方程式为 PbCl 2(s) SO2 4 (aq)PbSO4(s)2Cl (aq)，该反应的平衡常数 Kc 2Cl cSO2 4 c2Cl cPb2 cSO2 4 cPb 2 KspPbCl2 KspPbSO4 1.610 5 1.0810 8，所以当 c(Cl )0.1 mol L1 时，c(SO2 4) 0.12 1.610 5 1.0810 8 mol L 1 6.7510 6mol L1。 7某工厂以重晶石(主要含 BaSO4)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”钛酸钡(BaTiO3) 的工
6、艺流程如下： 回答下列问题： (1)用 Na2CO3溶液浸泡重晶石(假设杂质不与 Na2CO3反应)，能将 BaSO4转化为 BaCO3，此反 应的平衡常数 K_(填写计算结果)；若不考虑 CO2 3的水解，要使 2.33 g BaSO4 恰好完全转化为 BaCO3，则至少需要浓度为 1.0 mol L 1Na 2CO3溶液_mL。已知： Ksp(BaSO4)1.010 10，K sp(BaCO3)5.010 9 (2)流程中“混合”溶液的钛元素在不同 pH 时主要以 TiO(OH) 、TiOC 2O4、TiO(C2O4) 2 2三种 形式存在(变化曲线如图所示)。实际制备工艺中，先用氨水调节
7、混合溶液的 pH 于 2.8 左右， 再进行“沉淀”，其反应的离子方程式为_；图中曲线 c 对应钛 的形式为_(填粒子符号)。 答案 (1)0.02 510 (2)TiO(C2O4)2 2Ba 24H 2O=BaTiO(C2O4)2 4H2O TiO(OH) 解析 (1)在溶液中 BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和 Na2CO3溶液时，发生沉 淀转化生成 BaCO3：BaSO4(s)CO2 3(aq) BaCO3(s)SO2 4(aq)，待达到平衡后，移走上层 清液， 重复多次操作， 最终 BaSO4生成 BaCO3； 反应的平衡常数 Kc(SO 2 4) c(CO2 3) c(S
8、O2 4 ) c(Ba 2) c(CO2 3 ) c(Ba 2) Ksp(BaSO4) Ksp(BaCO3) 1.0 10 10 5.0 10 90.02； 2.33 g BaSO4物质的量为 0.01 mol， 根据 BaSO4(s)CO2 3(aq) BaCO3(s)SO2 4(aq)，完全转化需要 0.01 mol CO 2 3，同时溶液中产生 0.01 mol SO 2 4，根 据 K 值溶液中含有 n(CO2 3)0.01 mol 0.02 0.5 mol，需要加入 Na2CO3为 0.01 mol0.5 mol 0.51 mol， 需要 Na2CO3溶液的体积为 0.51 mol 1.0 mol L 10.51 L510 mL。 (2)“混合溶液”过程中， 钛元素在不同 pH 下主要以 TiOC2O4、 TiO(C2O4)2 2和 TiO(OH) 三种形式存在， 调节混合液 pH 在 2.8 左右再进行沉淀，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有 TiO(C2O4)2 2(即 b 微粒)， “沉淀”时的离子方程式为 TiO(C2O4)2 2Ba 24H 2O=BaTiO(C2O4)2 4H2O；随着氨水 的不断加入，溶液的 pH 不断增大，可以判断 c 对应钛的形式为 TiO(OH) 。
