- 影响沉淀溶解平衡的因素
- 共1709题
难溶性杂卤石(K2SO4•MgSO4•2CaSO4•2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡
K2SO4•MgSO4•2CaSO4•2H2O(s)⇌2Ca2++2K++Mg2++4+2H2O
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如图1:
(1)滤渣主要成分有______和______以及未溶杂卤石.
(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:______.
(3)“除杂”环节中,先加入______溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入______溶液调滤液PH至中性.
(4)不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系是图2,由图可得,随着温度升高,①______②______;
(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:CaSO4(s)+⇌CaCO3(s)+
已知298K时,Ksp(CaCO3)=2.80×10-9,Ksp(CaSO4)=4.90×10-5,求此温度下该反应的平衡常数K______ (计算结果保留三位有效数字).
正确答案
(1)“呆矿”,在水中存在沉淀溶解平衡:K2SO4•MgSO4•2CaSO4•2H2O(s)⇌2Ca2++2K++Mg2++4SO42-+2H2O,为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,氢氧根离子和镁离子结合生成氢氧化镁沉淀,同时钙离子增多,析出氢氧化钙沉淀,所以滤渣中主要成分为Ca(OH)2,Mg(OH)2,故答案为:Ca(OH)2;Mg(OH)2;
(2)Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因是氢氧化钙是饱和溶液,加入后氢氧根离子和镁离子结合生成氢氧化镁沉淀,促进平衡右移钙离子增多,饱和溶液中析出氢氧化钙,增多K+,故答案为:氢氧根与镁离子结合使平衡向右移动,钾离子变多;
(3))“除杂”环节主要是除去钙离子,依据除杂原则不能引入新的杂质,根据制取的目的是制备硫酸钾,所以加入的试剂易于除去,不引入新的杂质,因此加入过量K2CO3除钙离子,过滤后加入硫酸至中性,除去碳酸钾,故答案为:K2CO3;H2SO4;
(4)分析不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系,温度越高K+的浸出浓度越大,溶浸时间越短,反应速率越大,达到平衡越快,故图象中分析得到的结论为:温度越高,在同一时间K+的浸出浓度大;反应速率加快,平衡时溶浸时间短,
故答案为:在同一时间K+的浸出浓度大;反应速率加快,平衡时溶浸时间短;
(5)溶浸过程中会发生:CaSO4(s)+CO32-(aq)⇌CaCO3(s)+SO42-(aq),CaCO3(s)=Ca2++CO32-;CaSO4(s)=Ca2++SO42-;依据硫酸钙、碳酸钙溶度积常数的计算表达式,转化关系中钙离子相同计算,反应的平衡常数K==
=
=1.75×104,故答案为:1.75×104.
如图所示,横坐标为溶液的pH值,纵坐标为Zn2+离子或Zn(OH)42—离子物质的量浓度的对数,回答下列问题。
(1)往ZnCl2溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,反应的离子方程式可表示为:________。
(2)从图中数据计算可得Zn(OH)2的溶度积(Ksp)=________。
(3)某废液中含Zn2+离子,为提取Zn2+离子可以控制溶液中pH值的范围是________________________。
(4)已知:往ZnCl2溶液中加入硝酸铅或醋酸铅溶液可以制得PbCl2白色晶体;25℃时,PbCl2固体在盐酸中的溶解度如下:
根据上表数据判断下列说法正确的是________(填字母序号)。
A.随着盐酸浓度的增大,PbCl2固体的溶解度先变小后又变大
B.PbCl2固体在0.50 mol·L-1盐酸中的溶解度小于在纯水中的溶解度
C.PbCl2能与浓盐酸反应生成一种难电离的阴离子(如配合离子)
D.PbCl2固体可溶于饱和食盐水
正确答案
(1)Zn2++4OH-=Zn(OH)42— (2)10-17
(3)8.0~12.0 (4)ABCD
(1)由图可知:pH在8.0~12.0时,Zn2+主要以Zn(OH)2存在。pH>12.0时,Zn(OH)2转化为Zn(OH)42—。
(2)Ksp=c(Zn2+)·c2(OH-),当pH=7时,c(Zn2+)=10-3 mol·L-1,即Ksp=10-3·(10-7)2=10-17。
(3)由图知,应控制pH范围8.0~12.0。
(4)由表中数据可知,当Cl-浓度由小变大时,PbCl2的溶解度会先变小后变大,说明当Cl-增加到一定浓度时,PbCl2可以与Cl-形成某种离子(如配合物)而增大溶解度。
银制器皿久置会失去光泽,这并不是仅仅由于氧气的作用,是被“流动的水和游荡的风”所侵蚀,经分析,银器失去光泽是由于其表面形成了X ,X可由以下三种方法除去,从而使银器恢复光泽。
① 将银器置于盛有苏打水的铝制器皿中煮沸
② 将银器在KSCN或NH4SCN溶液中放置几分钟
③ 将银器用A的乙醇-水溶液处理数分钟,X与A反应的物质的量比为1:8,A是 NH4SCN的同分异构体,所有原子均只有一种化学环境。
试回答如下问题:
⑴ 给出X 和 A的化学式,并写出生成X的化学方程式
⑵ 写出除去X的三种方法的化学反应方程式
⑶ 计算X 在水中的溶解度,
已知Ksp,X = 6.3×10-50, X的阴离子对应的酸Ka1=9.5×10-8, Ka2=1.0×10-14
⑷ 试判断X在浓度相同的HNO3与HCl中的溶解性大小,说明你的理由
正确答案
⑴ X:Ag2S, A:SC(NH2)2
4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O. (各1分共3分)
⑵ ① 2Al +3Ag2S+6H2O+3 Na2CO3=2Al(OH)3 +6Ag+ 3NaHS +3NaHCO3
或 负极:Al -3e- = Al3+
正极: 3Ag2S + 6e-= 6Ag+3S2-
② Ag2S + 4SCN- = 2[Ag(SCN)2]- + S2-,
③ Ag2S + 8SC(NH2)2 = 2Ag[SC(NH2)2]4+ + S2-. (各1分 共3分)
⑶ Ag2S 2Ag+ + S2-,
S2- + H2O HS- + OH-,HS- + H2O
H2S + OH-.
Cs = [H2S] + [HS-] + [S2-], [Ag+] = 2Cs,
[S2-] = a Cs, Ag2S ksp极小,[H+]可视为10—7mol/L (1分)
[Ag+] = 2Cs,
KSp(Ag2S) = [Ag+]2 ´ [S2-] = 4aCS3,
mol/L 或1.7´ 10—12g/L;1.7´ 10—13g/100g水(2分)⑷ HNO3中的溶解性更好 (1分)
3Ag2S + 8HNO3 = 6AgNO3 + 2NO + 3S + 4H2O (1分)
(生成物写成H2SO4也对)
⑴ 硫化物和硫化氢能使银器变黑,由于空气和水中含有硫化氢、硫化物,所以银器失失去光泽。X为Ag2S。
A是 NH4SCN的同分异构体,且所有原子均只有一种化学环境,所以A的分子结构如下:
。
⑵ 在除去Ag2S的三种方法中,应用到了不同的化学原理使难溶物Ag2S溶解:
①是利用了原电池反应,即铝做负极,Al+3H2O+3CO32--3e==Al(OH)3↓+3HCO3-,Ag2S为正极,得电子,被还原:3Ag2S + 6e-= 6Ag+3S2-
②利用配位反应,除去Ag2S,即形成可溶性的Ag(SCN)2-,除去Ag2S。
③也是利用配位反应促进Ag2S的溶解,即发生反应Ag2S + 8SC(NH2)2 = 2Ag[SC(NH2)2]4+ + S2-,从而除去Ag2S。
⑶ 从Ag2S的溶解平衡Ag2S 2Ag+ + S2-来看,由于S2-的共轭酸是弱电解质,所以溶液的酸度会影响到Ag2S的溶解性,即发生所谓的酸效应:溶液的酸度越大,[S2-]就越小,Ag2S的溶解度就越大,反之越小。在Ag2S的水溶液中,由于[S2-]很小,可以近似认为溶液呈中性,即[H+]≈1.0×10-7 (mol/L)。利用分布分数,可求得[S2-]=c(S2-)·δ(S2-),其中c(S2-)是S2-的分析浓度,也为Ag2S溶解度S,c(S2-)=2s,δ(S2-)是S2-的分布分数,可根据公式δ(S2-)=
求得。由于Ksp=[Ag+]2[S2-]= 4c(S2-)3·δ(S2-),最后通过解方程可求得Ag2S的溶解度。
⑷ 同样从Ag2S的溶解平衡过程来看,HNO3的强氧化性能使溶液中[S2-]减少,促进平衡向难溶物溶解的方向移动。
提示:综上所述,难溶物溶解的方法有:发生明显酸效应、生成配合物、发生氧化还原反应、通过沉淀转化等。
锌锰废电池可回收锌、锰元素生产硫酸锌及碳酸锰,其中生产工业级碳酸锰工艺如下:
试回答下列问题:
(1)硫酸锌水溶液显酸性,用离子方程式说明______.
(2)原料锰粉粗品中主要成分为MnO2和碳,焙烧时反应的化学方程式为MnO2+C=MnO+CO↑,该反应的氧化产物是______.
(3)50-55℃向MnS04的母液中加入足量NH4HC03,反应的化学方程式为:
MnSO4+2NH4HCO3=(NH4)2SO4+MnCO3↓+______+______.
(4)已知三种离子沉淀的pH范围为Fe3+:2.7~3.7,Mn2+:8.6~10.1,Fe2+:7.6~9.6.下表是上述过程②中除去Fe2+的模拟操作方法,请完成下表内容:
正确答案
(1)锌离子水解生成氢氧化锌和氢离子,溶液呈酸性,反应的离子方程式为:Zn2++2H2O⇌Zn(OH)2+2H+;故答案为:Zn2++2H2O⇌Zn(OH)2+2H+;
(2)化学方程式为MnO2+C=MnO+CO↑,碳元素化合价从0价变化为+2价,做还原剂被氧化为CO,该反应的氧化产物是CO;
故答案为:CO;
(3)50-55℃向MnS04的母液中加入足量NH4HC03,依据原子守恒得到:MnSO4+2NH4HCO3=(NH4)2SO4+MnCO3↓+H2O+CO2↑;
故答案为:H2O,CO2;(4)三种离子沉淀的pH范围为Fe3+:2.7~3.7,Mn2+:8.6~10.1,Fe2+:7.6~9.6.过程②是除去亚铁离子的方法,加入氧化剂过氧化氢盐亚铁离子为铁离子,调节溶液PH在3.7~8.6,铁离子完全沉淀,锰离子不沉淀,达到分离杂质的目的;过氧化氢氧化亚铁离子的离子方程式为:2Fe2++H2O+2H+=2Fe3++2H2O;
故答案为:2Fe2++H2O+2H+=2Fe3++2H2O;3.7~8.6;
粗CuO是将工业废铜、废铜合金等高温焙烧而成的,杂质主要是铁的氧化物及泥沙。以粗CuO为原料制备胆矾的主要流程如下:
已知Fe3+、Fe2+ 、Cu2+转化为相应氢氧化物时,开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表:
(1)加入3% H2O2之前必须进行操作Ⅱ,操作Ⅱ的名称是 ;
H2O2参加反应的离子方程式为 。
(2)加稀氨水调节pH的目的是 ,pH应调至 范围。下列物质可用来替代稀氨水的是 。
①NaOH ②Fe2O3 ③CuO ④Na2CO3
(3)经操作Ⅰ得到粗胆矾,操作Ⅲ得到精致胆矾。两步操作相同,具体包括 、 、
过滤、 、干燥等步骤。
正确答案
(12分,每空2分)(1)冷却(1分); 2Fe2+ + H2O2 + 2H+= 2Fe3+ +2H2O(2分)
(2)使Fe3+完全转变成Fe(OH)3沉淀(2分);3.7~5.2 (2分) ;③(2分)
(4)蒸发浓缩(1分)、降温结晶(1分)、洗涤(1分)
试题分析:(1)由于双氧水不稳定,加热易分解生成氧气和水。由于在加入双氧水之前溶液的温度较高,所以加入3% H2O2之前必须进行冷却操作。由于亚铁离子沉淀的pH较大,所以必须将其氧化成铁离子沉淀,因此加入双氧水的目的是氧化亚铁离子,反应的离子方程式为2Fe2+ + H2O2 + 2H+= 2Fe3+ +2H2O。
(2)要得到胆矾,就必须除去溶液中的铁离子,则根据沉淀时的pH值可知,调节溶液pH的目的是使Fe3+完全转变成Fe(OH)3沉淀;铁离子完全沉淀时的pH=3.7,而铜离子开始沉淀时的pH=5.2,所以溶液的pH应调节到3.7~5.2之间。由于在调节pH的同时,不能引入杂质,因此应该选择氧化铜来调节溶液的pH,即答案选③。
(3)从溶液中析出胆矾晶体必须通过蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥等操作步骤。
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