- 影响沉淀溶解平衡的因素
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炼锌厂产生的工业废渣——锌渣（除了含Zn外，还含有Fe、Al、Cd和SiO2等杂质），利用锌渣制取并回收ZnSO4·7H2O和金属镉（Cd）是一个有益的尝试，其流程如下：
已知：Fe3+、Al3+、Zn2+、Cd2+、Fe2+以氢氧化物完全沉淀时的pH分别为：3.2，4.7，6.5，9.4，9.7。试回答下列问题：
（1）浸出时用到的试剂X为 ， 写出溶解过程中加快浸出速率和提高浸出率的两点措施：_______________________________，______________________________。
（2）写出加入Ca(ClO)2反应的离子方程式 。
（3）调节pH过程可以选用 （填“ZnO”或“NaOH”）；本流程的pH调节一般调至5，其目的是 。
（4）写出过滤后加入过量的锌粉反应的离子方程式 。
（5）在蒸发浓缩操作时，要采取实验措施是： 。
正确答案
（1）H2SO4溶液 适当升温、充分搅拌、延长溶解时间等（其它答案合理也给分）
（2）2H++ClO—+2Fe2+ =Cl—+2Fe3++H2O（配平错扣1分）
（3）ZnO ，除去Fe3+和Al3+，防止Zn2+沉淀析出
（4）Zn+Cd2+=Zn2++Cd （5）保持一定的酸度（其它表达合理也给分）
试题分析：（1）本题是制备硫酸锌晶体的的工艺流程，锌渣中含有难溶的二氧化硅杂质，选用酸溶除去二氧化硅，考虑尽量少引入杂质，应选含有硫酸根离子的硫酸溶液进行溶解。若要加快浸出速率和提高浸出率，可以适当升高温度或搅拌溶液或适当延长时间等。
（2）用硫酸浸出的滤液中含有少量Fe3+、Al3+、Zn2+、Cd2+、Fe2+ 等离子，考虑这些离子分别沉淀的pH值，应该把Fe2+ 氧化为Fe3+ 在沉淀除去，所以加入氧化剂Ca(ClO)2 发生的反应方式为：2H++ClO—+2Fe2+ =Cl—+2Fe3++H2O。
（3）由于整个流程制备的是硫酸锌晶体，所以在调节pH时要注意不能引入杂质，所以应该选用ZnO调节，而调节pH值到5左右目的是使容易沉淀的Fe3+、Al3+ 先沉淀除去，防止pH过高把生成的Al(OH)3溶解、把Zn2+ 沉淀。
（4）在上步调节完pH后，溶液中还存在杂质离子Cd2+ ，由于Cd2+ 沉淀的pH值与Zn2+ 沉淀的pH值相近，所以不能用沉淀法除去，所以要加入单质Zn把Cd置换出来，因此发生的离子方程式为：Zn+Cd2+=Zn2++Cd。
（5）硫酸锌在蒸发浓缩时容易发生水解，所以为了减少水解产生杂质，应该保持溶液一定的酸度。
铁是地壳中含量第二的金属元素，其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛。
(―)工业废水中含有一定量的Cr2O72－和CrO42－，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理。常用的处理方法是电解法，该法用Fe作电极电解含Cr2O72－的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）3沉淀。
（1）用Fe作电极的目的是 。
（2）阴极附近溶液pH升高的原因是_ (用电极反应式解释）；溶液中同时生成的沉淀还有 。
(二)氮化铁磁粉是一种磁记录材料，利用氨气在400℃以上分解得到的氮原子渗透到高纯铁粉中可制备氮化铁。制备高纯铁粉涉及的主要生产流程如下：
已知①某赤铁矿石含60.0%Fe2O3、3.6%FeO，还含有Al2O3、MnO2、CuO等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：
（3）步骤②中加双氧水的目的是 ，pH控制在3.4的作用是 ，已知25℃时，Ksp[Cu（OH）2] =2.0
（4）如何判断步骤③中沉淀是否洗涤干净？ 。
（5）制备氮化铁磁粉的反应：Fe＋NH3
正确答案
（1）提供还原剂Fe2+
（2）2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O－2e－=H2＋2OH－)；Fe(OH)3
（3）将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+；使溶液中的Fe3+完全沉淀，而其他金属离子不沉淀；5.0×10-9
（4）取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，则表明沉淀没有洗净；若无沉淀生成，则表明已洗净。
（5）Fe8N
试题分析：（1）根据题意，Cr2O72－和CrO42－被还原为Cr3+，因此需要还原剂，而Fe作电极电解时产生的Fe2+具有还原性，Fe2+被氧化为Fe3+。
（2）电解时，阴极H+放电产生H2，剩余OH-，溶液显碱性。溶液中的金属离子除了Cr3+，还有Fe3+，因此还会生成Fe(OH)3。
（3）根据流程图，沉淀只有Fe(OH)3，为使铁离子完全沉淀，需将Fe2+转化为Fe3+，加双氧水是为了将Fe2+氧化为Fe3+。根据金属离子沉淀时的pH，可知控制pH=3.4，是为了使铁完全沉淀，而其他离子不沉淀，得到纯净的铁的化合物。反应平衡常数
（4）流程中第一步用硫酸溶解固体，故检验沉淀是否洗净，可检验沉淀中是否含有SO42-。
（5）2kg矿石中的含铁量为：
工业生产Na2S常用方法是无水芒硝(Na2SO4)一碳还原法，其流程示意图如下：
(1)若煅烧阶段所得气体为等物质的量的CO和CO2。写出煅烧时发生的总反应方程式：______________________。
(2)用碱液浸出产品比用热水更好，理由是__________________。
(3)废水中汞常用硫化钠除去，汞的除去率与溶液pH和硫化钠实际用量与理论用量比值x的关系如图所示。为使除汞达到最佳效果，应控制条件是________________。
(4)取Na2S(含少量NaOH)，加入到CuSO4溶液中，充分搅拌，若反应后溶液pH＝4，此时溶液中c(S2－)＝________mol·L－1[已知：CuS的Ksp＝8.8×10－36；Cu(OH)2的Ksp＝2.2×10－20(保留2位有效数字)]。
(5)纳米Cu2O常用电解法制备，制备过程用铜棒和石墨棒做电极，Cu(NO3)2做电解液。电解生成Cu2O应在________；该电极pH将________(填“升高”“不变”或“降低”)，用电极方程式解释pH发生变化的原因______________________。
正确答案
(1)3Na2SO4＋8C
(2)热水能促进Na2S水解，而稀碱可抑制Na2S水解
(3)pH介于9～10之间，x＝12
(4)4.0×10－36 mol/L
(5)阴极 降低
2Cu2＋＋2e－＋H2O=Cu2O↓＋2H＋
(1)由题意分析知反应除生成等物质的量的CO和CO2外还生成Na2S，注意条件为加热。(2)Na2S是强碱弱酸盐，水解后溶液显碱性，加热会促进S2－水解，而加碱则可以抑制其水解。(3)由图像可知当pH介于9～10时，x＝12时汞的除去率最大。(4)pH＝4，则c(OH－)＝10－10 mol/L，根据Cu(OH)2溶度积可求得c(Cu2＋)＝2.2 mol/L，代入CuS的溶度积求得c(S2－)＝4×10－36 mol/L。(5)Cu由＋2价变为＋1价，得电子，所以在阴极反应：2Cu2＋＋2e－＋H2O=Cu2O↓＋2H＋，有H＋生成，所以溶液的pH降低。
点拨：本题考查化学与技术，考查考生理论联系实际的能力。难度较大。
下图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三种成分）进行分离、回收再利用的工业流程，通过该流程将各成分转化为常用的单质及化合物。
已知：298K时，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38， Ksp[Mn(OH)2] =1.9×10-13，
根据上面流程回答有关问题：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是 。
（2）加入过量FeCl3溶液过程中可能涉及的化学方程式： 。
（3）过量的还原剂应是 。
（4）①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液发生反应的离子方程式为 。
②若用X mol/L KMnO4溶液处理溶液b，当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO4溶液YmL，则最后所得红棕色固体C的质量为 g（用含X、Y的代数式表示）。
（5）常温下,若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为： ﹥ ﹥ 。(填金属阳离子)
（6）最后一步电解若用惰性电极电解一段时间后，析出固体B的质量为Z g，同时测得阴阳两极收集到的气体体积相等，则标况下阳极生成的最后一种气体体积为 L（用含Z的代数式表示）；该电极的反应式为 .
正确答案
（1）过滤（1分）
（2）2FeCl3 +Fe = 3FeCl2（2分）； 2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2（2分）
（3）Cu粉（2分）
（4）① MnO4－ + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O（2分） ② 0.4XY（2分）
（5）Fe3+＞Cu2+＞Mn2+（2分）
（6）22.4Z/64 （2分）； 4OH－ ―4e－＝O2↑ + 4H2O（2分）
试题分析：根据题给流程图和信息知，废旧合金（含有Cu、Fe、Si 三种成分）与过量FeCl3溶液混合发生的反应为2FeCl3 +Fe = 3FeCl2；2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2，过滤，固体A的成分为Si，溶液a的成分为FeCl3 、FeCl2 和CuCl2的混合液；电解含Cu2+、Cl—、K+的溶液的固体B，B的成分为Cu；溶液a加过量还原剂反应后过滤得固体B（Cu），则还原剂为铜，发生的反应为2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2，溶液b的成分为FeCl2 和CuCl2的混合液；溶液b中加入酸性高锰酸钾溶液，亚铁离子被氧化为铁离子，用氢氧化钾溶液调节溶液的PH，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，灼烧的氧化铁，溶液d经处理的金属锰。（1）由流程图知，操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为分离固液混合物的操作，指的是过滤；（2）加入过量FeCl3溶液过程中可能涉及的化学方程式：2FeCl3 +Fe = 3FeCl2；2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2；（3）由上述分析知，过量的还原剂应是Cu粉；（4）①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液亚铁离子被氧化为铁离子，反应的离子方程式为MnO4－ + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O；②根据相关反应的关系式：2MnO4－—— 10Fe2+——5Fe2O3，用X mol/L KMnO4溶液处理溶液b，当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO4溶液YmL，则最后所得红棕色固体C的质量为0.4XYg；（5）根据题意知，溶液c中所含的金属阳离子为Fe3+、Cu2+和Mn2+，若三者浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，根据题给溶度积产生判断，Fe3+所需氢氧根浓度最小先沉淀，Mn2+所需氢氧根浓度最大，最后沉淀，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：Fe3+＞Cu2+＞Mn2+；（6）根据题意知，电解过程的电极反应式依次为：阳极：4OH－ ―4e－＝O2↑ + 4H2O；阴极：Cu2+ + 2e-= Cu；2H+ + 2e- = H2↑；根据电子守恒计算，标况下阳极生成的最后一种气体体积为22.4Z/64L。
菱镁矿是碱性耐火材料的主要原料，其主要的化学成分是：MgCO3，同时含有杂质：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等；目前以菱镁矿为主要原料制备MgSO4的方法如下：
已知：①常温下，Fe3+、Al3+、Mg2+开始形成氢氧化物沉淀和沉淀完全时的pH值如下：
②MgSO4·7H2O在70～80℃时失去3个结晶水，300℃时失去全部的结晶水；
（1）用平衡原理解释：菱镁矿粉粹后加热生成的氧化镁可以溶解在硫酸铵溶液中的原因 。
（2）在该工业流程中，可以循环使用的物质是 。
（3）步骤③中氨气和硫酸恰好完全反应，取此时所得的溶液10.00mL配成250mL溶液，配制溶液过程中除烧杯、玻璃棒、胶头滴管、酸式滴定管外，还需要的玻璃仪器有： ；经检测所配制的溶液pH=1，c(SO42ˉ)=1.05mol/L，试求算所配制溶液中NH4+ 水解的平衡常数K（写计算过程，计算结果保留三位有效数字）。
（4）在加热条件下杂质中的三氧化二铁溶于硫酸铵的离子反应方程式是：
。
（5）蒸发结晶过程中需要使用60～70℃水浴加热方式，其原因是 。
正确答案
（16分）
（1）因NH4++H2O
（2）(NH4)2SO4（2分）
（3）250ml容量瓶（2分，没有规格不给分） K=5.00×10－3 mol•Lˉ1（计算过程见解析）
（4）Fe2O3+ 6NH4+ =6NH3↑+2Fe3++3H2O(条件：加热)（没有写条件和气体呼号扣1分，没配平扣1分；共2分）
（5）避免加热蒸发过程中MgSO4·7H2O失去部分或全部的结晶水（2分）
试题分析：（1）硫酸铵溶液中存在如下水解平衡：NH4++H2O
NH4++H2O
各组分起始浓度/mol•Lˉ1 2.1 0 0
各组分变化浓度/mol•Lˉ1 0.1 0.1 0.1
各组分平衡浓度/mol•Lˉ1 2.0 0.1 0.1
K=
（4）先写硫酸铵水解反应：NH4++H2O
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