資源簡(jiǎn)介

題型突破1　電離常數(shù)、水解常數(shù)、溶度積常數(shù)的關(guān)系及綜合應(yīng)用
1.(2024·湖南卷)銅陽(yáng)極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源,回收貴金屬的化工流程如下:
已知:①當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10-5 mol·L-1時(shí),可忽略該離子的存在;
②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq)　K=2.0×10-5;
③Na2SO3易從溶液中結(jié)晶析出;
④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下:
溫度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
(1)在“除金”工序溶液中,Cl-濃度不能超過(guò)　　　　 mol·L-1。
(2)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075 mol·L-1,兩種離子分布分?jǐn)?shù)δ[δ([Ag(SO3)2]3-)=]隨S濃度的變化關(guān)系如圖所示,若S濃度為1.0 mol·L-1,則[Ag(SO3)3]5-的濃度為　　　　 mol·L-1。
2.(2024·全國(guó)甲卷)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價(jià)氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注:加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于10-5 mol·L-1,其他金屬離子不沉淀,即認(rèn)為完全分離。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氫氧化物形式沉淀時(shí),lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的關(guān)系如圖所示。
假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此時(shí)溶液中c(Co2+)=　　　　 mol·L-1,據(jù)此判斷能否實(shí)現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離　　　　(填“能”或“不能”)。
3.(2023·全國(guó)乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
溶礦反應(yīng)完成后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)c(Fe3+)=　　　　 mol·L-1;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,除去的金屬離子是　　　　。
4.(2023·海南卷)298 K時(shí),H3PO4(aq)+KCl(aq)KH2PO4(aq)+HCl(aq)的平衡常數(shù)K=　　　　。(已知H3PO4的=6.9×10-3)
5.(2023·福建卷)25 ℃時(shí),Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反應(yīng)CuS(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常數(shù)K=　　　　　　(列出計(jì)算式即可)。經(jīng)計(jì)算可判斷CuS難溶于稀硫酸。
1.電離常數(shù)與水解常數(shù)的關(guān)系
(1)定量關(guān)系
①對(duì)于一元弱酸HA,Ka與Kb的關(guān)系
HAH++A-,Ka=;A-+H2OHA+OH-,Kh=;則Ka·Kh=c(OH-)·c(H+)=Kw。
②對(duì)于二元弱酸H2B,(H2B)、(H2B)與Kh(HB-)、Kh(B2-)的關(guān)系
HB-+H2OH2B+OH-,
Kh(HB-)==
=;
B2-+H2OHB-+OH-,
Kh(B2-)==
=。
(2)大小關(guān)系:相同溫度下,弱酸的電離常數(shù)越小,對(duì)應(yīng)弱酸根離子的水解常數(shù)越大。
提醒:常溫時(shí),對(duì)于一元弱酸HA,當(dāng)Ka<10-7時(shí),Kh>10-7,此時(shí)將等物質(zhì)的量濃度的HA溶液與NaA溶液等體積混合,HA的電離程度小于A-的水解程度,混合溶液呈堿性;同理,當(dāng)Ka>10-7時(shí),Kh<10-7,此時(shí)將等物質(zhì)的量濃度的HA溶液與NaA溶液等體積混合,HA的電離程度大于A-的水解程度,混合溶液呈酸性。
2.M(OH)n懸濁液中Ksp、Kw、pH間的關(guān)系
M(OH)n(s)Mn+(aq)+nOH-(aq)
Ksp=c(Mn+)·cn(OH-)=·cn(OH-)==()n+1。
3.Ksp與沉淀轉(zhuǎn)化平衡常數(shù)K的關(guān)系
已知:常溫下,ZnS和CuS的Ksp分別為1.6×10-24和6.4×10-36,判斷常溫下反應(yīng)ZnS+CuSO4===CuS+ZnSO4能否進(jìn)行。
該反應(yīng)的平衡常數(shù)
K=====2.5×1011>105,故該反應(yīng)能完全轉(zhuǎn)化。
若計(jì)算沉淀轉(zhuǎn)化的平衡常數(shù)K<10-5,則轉(zhuǎn)化反應(yīng)不能進(jìn)行,若10-51.某溫度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,則該溶液的pH=　　　　(該溫度下H2CO3的=4.6×10-7,=5.0×10-11)。
2.通常認(rèn)為溶液中離子濃度小于10-5 mol·L-1為沉淀完全,已知溶液中存在Al(OH)3+OH-Al(OH:K=100.63,Kw=10-14,Ksp[Al(OH)3]=10-33,則溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的pH為　　　　。
3.磷酸是三元弱酸,常溫下三級(jí)電離常數(shù)分別是=7.1×10-3,=6.2×10-8,=4.5×10-13,常溫下同濃度的①Na3PO4、②Na2HPO4、③NaH2PO4的pH由小到大的順序?yàn)椤　　　?填序號(hào));常溫下Na2HPO4的水溶液呈　　　　(填“酸”“堿”或“中”)性,用Ka、Kh的相對(duì)大小說(shuō)明判斷理由:　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
4.已知:25 ℃時(shí),H2CO3的=4.5×10-7,=4.7×10-11;Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;“沉鉬”中,pH為7.0。若條件控制不當(dāng),BaCO3也會(huì)沉淀。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HC)∶c(Mo)=　　　　(列出算式)時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。
5.HA是一元弱酸,難溶鹽MA的飽和溶液中c2(M+)隨c(H+)而變化,M+不發(fā)生水解。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),298 K時(shí)c2(M+)-c(H+)為線(xiàn)性關(guān)系,如下圖中實(shí)線(xiàn)所示。則HA的電離常數(shù)Ka(HA)≈　　　　。
6.通過(guò)計(jì)算判斷中和反應(yīng)2Fe(OH)3(s)+3H2C2O4(aq)2Fe3+(aq)+6H2O(l)+3C2(aq)在常溫下能否發(fā)生,并說(shuō)明理由:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
已知:草酸(H2C2O4)的=6.0×10-2、=6.0×10-5,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39;66=4.67×104;平衡常數(shù)大于10-5時(shí)反應(yīng)能發(fā)生。
題型突破1　電離常數(shù)、水解常數(shù)、溶度積常數(shù)的關(guān)系及綜合應(yīng)用
1.(2024·湖南卷)銅陽(yáng)極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源,回收貴金屬的化工流程如下:
已知:①當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10-5 mol·L-1時(shí),可忽略該離子的存在;
②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq)　K=2.0×10-5;
③Na2SO3易從溶液中結(jié)晶析出;
④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下:
溫度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
(1)在“除金”工序溶液中,Cl-濃度不能超過(guò)　　　　 mol·L-1。
(2)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075 mol·L-1,兩種離子分布分?jǐn)?shù)δ[δ([Ag(SO3)2]3-)=]隨S濃度的變化關(guān)系如圖所示,若S濃度為1.0 mol·L-1,則[Ag(SO3)3]5-的濃度為　　　　 mol·L-1。
答案　(1)0.5　(2)0.05
解析　(1)由題目可知AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq),在“除金”工序溶液中,若Cl-加入過(guò)多,AgCl則會(huì)轉(zhuǎn)化為[AgCl2]-,當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10-5 mol·L-1時(shí),可忽略該離子的存在,為了不讓AgCl發(fā)生轉(zhuǎn)化,則c[AgCl2]-=1.0×10-5 mol·L-1,由K==2.0×10-5,可得c(Cl-)=0.5 mol·L-1,即Cl-濃度不能超過(guò)0.5 mol·L-1;(2)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075 mol·L-1,溶液中存在平衡關(guān)系:[Ag(SO3)2]3-+S[Ag(SO3)3]5-,當(dāng)c(S)=0.5 mol·L-1時(shí),此時(shí)c[Ag(SO3)2]3-=c[Ag(SO3)3]5-=0.037 5 mol·L-1,則該平衡關(guān)系的平衡常數(shù)K===2,當(dāng)c(S)=1 mol·L-1時(shí),K===2,解得此時(shí)
c[Ag(SO3)3]5-=0.05 mol·L-1。
2.(2024·全國(guó)甲卷)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價(jià)氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注:加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于10-5 mol·L-1,其他金屬離子不沉淀,即認(rèn)為完全分離。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氫氧化物形式沉淀時(shí),lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的關(guān)系如圖所示。
假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此時(shí)溶液中c(Co2+)=　　　　 mol·L-1,據(jù)此判斷能否實(shí)現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離　　　　(填“能”或“不能”)。
答案　1.6×10-4　不能
解析　由題給信息可知,此時(shí)c(Zn2+)≤10-5 mol·L-1,則c(S2-)=≥2.5×10-17 mol·L-1,則c(Co2+)=≤1.6×10-4 mol·L-1<0.10 mol·L-1,Co2+開(kāi)始沉淀,故不能實(shí)現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離。
3.(2023·全國(guó)乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
溶礦反應(yīng)完成后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)c(Fe3+)=　　　　 mol·L-1;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,除去的金屬離子是　　　　。
答案　2.8×10-9　Al3+
解析　溶礦完成以后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)溶液中c(OH-)=1.0×10-10 mol·L-1,此時(shí)體系中含有的c(Fe3+)==2.8×10-9 mol·L-1,這時(shí),溶液中的c(Fe3+)小于1.0×10-5,認(rèn)為Fe3+已經(jīng)沉淀完全;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,這時(shí)溶液中c(OH-)=1.0×10-7 mol·L-1,溶液中c(Al3+)=1.3×10-12 mol·L-1,c(Ni2+)=5.5×10-2 mol·L-1,c(Al3+)小于1.0×10-5,Al3+沉淀完全,這一階段除去的金屬離子是Al3+。
4.(2023·海南卷)298 K時(shí),H3PO4(aq)+KCl(aq)KH2PO4(aq)+HCl(aq)的平衡常數(shù)K=　　　　。(已知H3PO4的=6.9×10-3)
答案　6.9×10-3
解析　298 K時(shí),H3PO4(aq)+KCl(aq)KH2PO4(aq)+HCl(aq)的離子方程式為H3PO4(aq)H2P(aq)+H+(aq),其平衡常數(shù)K===6.9×10-3。
5.(2023·福建卷)25 ℃時(shí),Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反應(yīng)CuS(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常數(shù)K=　　　　　　(列出計(jì)算式即可)。經(jīng)計(jì)算可判斷CuS難溶于稀硫酸。
答案　或或(4.4~4.5)×10-16之間任一數(shù)字
解析　CuS(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常數(shù)K===。
命題立意:水溶液中四大平衡常數(shù)包括弱電解質(zhì)的電離常數(shù)(Ka或Kb)、水的離子積常數(shù)(Kw)、鹽類(lèi)的水解常數(shù)(Kh)、難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)(Ksp),但其核心領(lǐng)域是化學(xué)平衡常數(shù)(K),四大平衡常數(shù)之間的關(guān)系及計(jì)算是解答問(wèn)題的關(guān)鍵。通常在化工流程及反應(yīng)原理中進(jìn)行命題,主要考查學(xué)生數(shù)據(jù)分析及計(jì)算能力。
1.電離常數(shù)與水解常數(shù)的關(guān)系
(1)定量關(guān)系
①對(duì)于一元弱酸HA,Ka與Kb的關(guān)系
HAH++A-,Ka=;A-+H2OHA+OH-,Kh=;則Ka·Kh=c(OH-)·c(H+)=Kw。
②對(duì)于二元弱酸H2B,(H2B)、(H2B)與Kh(HB-)、Kh(B2-)的關(guān)系
HB-+H2OH2B+OH-,
Kh(HB-)==
=;
B2-+H2OHB-+OH-,
Kh(B2-)==
=。
(2)大小關(guān)系:相同溫度下,弱酸的電離常數(shù)越小,對(duì)應(yīng)弱酸根離子的水解常數(shù)越大。
提醒:常溫時(shí),對(duì)于一元弱酸HA,當(dāng)Ka<10-7時(shí),Kh>10-7,此時(shí)將等物質(zhì)的量濃度的HA溶液與NaA溶液等體積混合,HA的電離程度小于A-的水解程度,混合溶液呈堿性;同理,當(dāng)Ka>10-7時(shí),Kh<10-7,此時(shí)將等物質(zhì)的量濃度的HA溶液與NaA溶液等體積混合,HA的電離程度大于A-的水解程度,混合溶液呈酸性。
2.M(OH)n懸濁液中Ksp、Kw、pH間的關(guān)系
M(OH)n(s)Mn+(aq)+nOH-(aq)
Ksp=c(Mn+)·cn(OH-)=·cn(OH-)==()n+1。
3.Ksp與沉淀轉(zhuǎn)化平衡常數(shù)K的關(guān)系
已知:常溫下,ZnS和CuS的Ksp分別為1.6×10-24和6.4×10-36,判斷常溫下反應(yīng)ZnS+CuSO4===CuS+ZnSO4能否進(jìn)行。
該反應(yīng)的平衡常數(shù)
K=====2.5×1011>105,故該反應(yīng)能完全轉(zhuǎn)化。
若計(jì)算沉淀轉(zhuǎn)化的平衡常數(shù)K<10-5,則轉(zhuǎn)化反應(yīng)不能進(jìn)行,若10-51.某溫度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,則該溶液的pH=　　　　(該溫度下H2CO3的=4.6×10-7,=5.0×10-11)。
答案　10
解析　該溫度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,由=可知,c(H+)=×=2×5.0×10-11 mol·L-1=1.0×10-10 mol·L-1,則該溶液的pH=10。
2.通常認(rèn)為溶液中離子濃度小于10-5 mol·L-1為沉淀完全,已知溶液中存在Al(OH)3+OH-Al(OH:K=100.63,Kw=10-14,Ksp[Al(OH)3]=10-33,則溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的pH為　　　　。
答案　8.37
解析　溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的反應(yīng)為Al(OH+H+H2O+Al(OH)3,反應(yīng)的平衡常數(shù)為K1====1013.37,當(dāng)c[Al(OH]為10-5 mol·L-1時(shí),溶液中氫離子濃度為= mol·L-1=10-8.37 mol·L-1,則溶液的pH為8.37。
3.磷酸是三元弱酸,常溫下三級(jí)電離常數(shù)分別是=7.1×10-3,=6.2×10-8,=4.5×10-13,常溫下同濃度的①Na3PO4、②Na2HPO4、③NaH2PO4的pH由小到大的順序?yàn)椤　　　?填序號(hào));常溫下Na2HPO4的水溶液呈　　　　(填“酸”“堿”或“中”)性,用Ka、Kh的相對(duì)大小說(shuō)明判斷理由:　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　③<②<①　堿　溶液中HP的解析　磷酸是三元酸,磷酸鈉在溶液中分步水解,一級(jí)水解抑制二級(jí)水解,一級(jí)和二級(jí)水解抑制三級(jí)水解。酸根離子的水解程度越大,相應(yīng)鹽溶液的堿性越強(qiáng),pH越大,則三種鹽溶液中酸根離子水解程度由小到大的順序?yàn)棰?②<①,則溶液pH由小到大的順序?yàn)棰?②<①;Na2HPO4的水解常數(shù)Kh===≈1.61×10-7>=4.5×10-13,HP的水解程度大于其電離程度,Na2HPO4溶液呈堿性。
4.已知:25 ℃時(shí),H2CO3的=4.5×10-7,=4.7×10-11;Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;“沉鉬”中,pH為7.0。若條件控制不當(dāng),BaCO3也會(huì)沉淀。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HC)∶c(Mo)=　　　　(列出算式)時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。
答案　
解析　若開(kāi)始生成BaCO3沉淀,則體系中恰好建立如下平衡:HC+BaMoO4BaCO3+Mo+H+,該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為
K==
=
。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,必須滿(mǎn)足≤,由于“沉鉬”中pH為7.0,c(H+)=1×10-7 mol·L-1,所以溶液中=時(shí),開(kāi)始生成BaCO3沉淀,因此,c(HC)∶c(Mo)==時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。
5.HA是一元弱酸,難溶鹽MA的飽和溶液中c2(M+)隨c(H+)而變化,M+不發(fā)生水解。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),298 K時(shí)c2(M+)-c(H+)為線(xiàn)性關(guān)系,如下圖中實(shí)線(xiàn)所示。則HA的電離常數(shù)Ka(HA)≈　　　　。
答案　2.0×10-4
解析　起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是MA的飽和溶液,c(M+)=c(A-),則Ksp(MA)=c(A-)·c(M+)=c2(M+)=5.0×10-8。根據(jù)元素守恒知c(M+)=c(A-)+c(HA),即c(HA)=c(M+)-c(A-),又c(A-)=,故Ka(HA)===。選曲線(xiàn)上任一點(diǎn)(起點(diǎn)除外)的坐標(biāo)代入即可。
6.通過(guò)計(jì)算判斷中和反應(yīng)2Fe(OH)3(s)+3H2C2O4(aq)2Fe3+(aq)+6H2O(l)+3C2(aq)在常溫下能否發(fā)生,并說(shuō)明理由:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
已知:草酸(H2C2O4)的=6.0×10-2、=6.0×10-5,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39;66=4.67×104;平衡常數(shù)大于10-5時(shí)反應(yīng)能發(fā)生。
答案　不能,該反應(yīng)的平衡常數(shù)為4.67×10-11,小于1.0×10-5,所以該反應(yīng)不能發(fā)生
解析　2Fe(OH)3(s)+3H2C2O4(aq)2Fe3+(aq)+6H2O(l)+3C2(aq),K=;
Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq),
Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-);
H2C2O4(aq)H+(aq)+HC2(aq),
=;
HC2(aq)H+(aq)+C2(aq),
=;
K==
=4.67×10-11<1.0×10-5,所以該反應(yīng)不能發(fā)生。(共27張PPT)
第一篇　新高考題型突破
板塊Ⅴ　水溶液中的離子平衡
題型突破主觀題　題型突破1　電離常數(shù)、水解常數(shù)、
真題導(dǎo)航
核心整合
模擬預(yù)測(cè)
溶度積常數(shù)的關(guān)系及綜合應(yīng)用
1.(2024·湖南卷)銅陽(yáng)極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源,回收貴金屬的化工流程如下:
溫度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
(1)在“除金”工序溶液中,Cl-濃度不能超過(guò)　　　　 mol·L-1。
(2)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075 mol·L-1,兩種離子分布分?jǐn)?shù)δ[δ([Ag(SO3)2]3-)=]隨S濃度的變化關(guān)系如圖所示,若S濃度為1.0 mol·L-1,則[Ag(SO3)3]5-的濃度為　　　 mol·L-1。
0.5
0.05
2.(2024·全國(guó)甲卷)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價(jià)氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注:加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于10-5 mol·L-1,其他金屬離子不沉淀,即認(rèn)為完全分離。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氫氧化物形式沉淀時(shí),lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的關(guān)系如圖所示。
假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此時(shí)溶液中c(Co2+)=　　　　 mol·L-1,據(jù)此判斷能否實(shí)現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離　　　　(填“能”或“不能”)。
1.6×10-4
不能
解析　由題給信息可知,此時(shí)c(Zn2+)≤10-5 mol·L-1,則c(S2-)=≥2.5×10-17 mol·L-1,則c(Co2+)=≤1.6×10-4 mol·L-1<0.10 mol·L-1,Co2+開(kāi)始沉淀,故不能實(shí)現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離。
3.(2023·全國(guó)乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
溶礦反應(yīng)完成后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)c(Fe3+)=　　　　 mol·L-1;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,除去的金屬離子是　　　　。
2.8×10-9
Al3+
解析　溶礦完成以后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)溶液中c(OH-)=1.0×10-10 mol·L-1,此時(shí)體系中含有的c(Fe3+)==2.8×10-9 mol·L-1,這時(shí),溶液中的c(Fe3+)小于1.0×10-5,認(rèn)為Fe3+已經(jīng)沉淀完全;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,這時(shí)溶液中c(OH-) =1.0×10-7 mol·L-1,溶液中c(Al3+)=1.3×10-12 mol·L-1,c(Ni2+)=5.5×10-2 mol·L-1,c(Al3+)小于1.0×10-5,Al3+沉淀完全,這一階段除去的金屬離子是Al3+。
6.9×10-3
5.(2023·福建卷)25 ℃時(shí),Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反應(yīng)CuS(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常數(shù)K=
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(列出計(jì)算式即可)。經(jīng)計(jì)算可判斷CuS難溶于稀硫酸。
解析　CuS(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常數(shù)
K===。
或或(4.4~4.5)×10-16之間任一數(shù)字
命題立意:水溶液中四大平衡常數(shù)包括弱電解質(zhì)的電離常數(shù)(Ka或Kb)、水的離子積常數(shù)(Kw)、鹽類(lèi)的水解常數(shù)(Kh)、難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)(Ksp),但其核心領(lǐng)域是化學(xué)平衡常數(shù)(K),四大平衡常數(shù)之間的關(guān)系及計(jì)算是解答問(wèn)題的關(guān)鍵。通常在化工流程及反應(yīng)原理中進(jìn)行命題,主要考查學(xué)生數(shù)據(jù)分析及計(jì)算能力。
1.電離常數(shù)與水解常數(shù)的關(guān)系
(1)定量關(guān)系
①對(duì)于一元弱酸HA,Ka與Kb的關(guān)系
HA H++A-,Ka=________________;A-+H2O HA+OH-,Kh=;則Ka·Kh=__________________________=Kw。
c(OH-)·c(H+)
(2)大小關(guān)系:相同溫度下,弱酸的電離常數(shù)越小,對(duì)應(yīng)弱酸根離子的水解常數(shù)______。
提醒:常溫時(shí),對(duì)于一元弱酸HA,當(dāng)Ka<10-7時(shí),Kh>10-7,此時(shí)將等物質(zhì)的量濃度的HA溶液與NaA溶液等體積混合,HA的電離程度小于A-的水解程度,混合溶液呈堿性;同理,當(dāng)Ka>10-7時(shí),Kh<10-7,此時(shí)將等物質(zhì)的量濃度的HA溶液與NaA溶液等體積混合,HA的電離程度大于A-的水解程度,混合溶液呈酸性。
越大
2.M(OH)n懸濁液中Ksp、Kw、pH間的關(guān)系
3.Ksp與沉淀轉(zhuǎn)化平衡常數(shù)K的關(guān)系
已知:常溫下,ZnS和CuS的Ksp分別為1.6×10-24和6.4×10-36,判斷常溫下反應(yīng)ZnS+CuSO4===CuS+ZnSO4能否進(jìn)行。
該反應(yīng)的平衡常數(shù)
K=====2.5×1011>105,故該反應(yīng)能完全轉(zhuǎn)化。
若計(jì)算沉淀轉(zhuǎn)化的平衡常數(shù)K<10-5,則轉(zhuǎn)化反應(yīng)不能進(jìn)行,若10-51.某溫度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,則該溶液的pH=　　　　(該溫度下H2CO3的=4.6×10-7,=5.0×10-11)。
解析　該溫度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,由=可知,c(H+)=×=2×5.0×10-11 mol·L-1=1.0×10-10 mol·L-1,則該溶液的pH=10。
10
2.通常認(rèn)為溶液中離子濃度小于10-5 mol·L-1為沉淀完全,已知溶液中存在Al(OH)3+OH- Al(OH:K=100.63,Kw=10-14,Ksp[Al(OH)3]=10-33,則溶液中的鋁元素恰好完全轉(zhuǎn)化為沉淀的pH為　　　　。
8.37
3.磷酸是三元弱酸,常溫下三級(jí)電離常數(shù)分別是=7.1×10-3,=6.2×10-8, =4.5×10-13,常溫下同濃度的①Na3PO4、②Na2HPO4、③NaH2PO4的pH由小到大的順序?yàn)椤　　　?填序號(hào));常溫下Na2HPO4的水溶液呈　　　　(填“酸”“堿”或“中”)性,用Ka、Kh的相對(duì)大小說(shuō)明判斷理由:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
③<②<①
堿
溶液中HP的解析　磷酸是三元酸,磷酸鈉在溶液中分步水解,一級(jí)水解抑制二級(jí)水解,一級(jí)和二級(jí)水解抑制三級(jí)水解。酸根離子的水解程度越大,相應(yīng)鹽溶液的堿性越強(qiáng),pH越大,則三種鹽溶液中酸根離子水解程度由小到大的順序?yàn)棰?②<①,則溶液pH由小到大的順序?yàn)棰?②<①;Na2HPO4的水解常數(shù)Kh===≈1.61×10-7>=4.5×10-13,HP的水解程度大于其電離程度,Na2HPO4溶液呈堿性。
4.已知:25 ℃時(shí),H2CO3的=4.5×10-7,=4.7×10-11;Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8; Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;“沉鉬”中,pH為7.0。若條件控制不當(dāng),BaCO3也會(huì)沉淀。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HC)∶c(Mo)=
　 　　　(列出算式)時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。
解析　若開(kāi)始生成BaCO3沉淀,則體系中恰好建立如下平衡:HC+BaMoO4
BaCO3+Mo+H+,該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K== =。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,必須滿(mǎn)足≤,由于“沉鉬”中pH為7.0,c(H+)=1×10-7 mol·L-1,所以溶液中=時(shí),開(kāi)始生成BaCO3沉淀,因此,c(HC)∶c(Mo)==時(shí),應(yīng)停止加入BaCl2溶液。
5.HA是一元弱酸,難溶鹽MA的飽和溶液中c2(M+)隨c(H+)而變化,M+不發(fā)生水解。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),298 K時(shí)c2(M+)-c(H+)為線(xiàn)性關(guān)系,如下圖中實(shí)線(xiàn)所示。則HA的電離常數(shù)Ka(HA)≈　　　　。
2.0×10-4
解析　起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是MA的飽和溶液,c(M+)=c(A-),則Ksp(MA)=c(A-)·c(M+)= c2(M+)=5.0×10-8。根據(jù)元素守恒知c(M+)=c(A-)+c(HA),即c(HA)=c(M+)-c(A-),又c(A-)=,故Ka(HA)===。選曲線(xiàn)上任一點(diǎn)(起點(diǎn)除外)的坐標(biāo)代入即可。
6.通過(guò)計(jì)算判斷中和反應(yīng)2Fe(OH)3(s)+3H2C2O4(aq) 2Fe3+(aq)+6H2O(l)+ 3C2(aq)在常溫下能否發(fā)生,并說(shuō)明理由:
　　 　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
已知:草酸(H2C2O4)的=6.0×10-2、=6.0×10-5,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39; 66=4.67×104;平衡常數(shù)大于10-5時(shí)反應(yīng)能發(fā)生。
不能,該反應(yīng)的平衡常數(shù)為4.67×10-11,小于1.0×10-5,所以該反應(yīng)不能發(fā)生

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