- kJ/mol

(3)3.5×10-11 mol/L 1.2×107 mol/L

(4)Al(OH)3 NaOH

14.25 ℃时几种难溶电解质的溶解度如表所示:

难溶电解质
溶解度/g
沉淀完全时的pH
Mg(OH)2
9×10-4
11.1
Cu(OH)2
1.7×10-6
6.7
Fe(OH)2
1.5×10-4
9. 6
Fe(OH)3
3.0×10-9
3.7

在无机化合物的提纯中,常利用难溶电解质的溶解平衡原理除去某些离子。例如:

①为了除去氯化铵中的杂质Fe3+,先将混合物溶于水,再加入一定量的试剂反应,过滤结晶即可;

②为了除去氯化镁晶体中的杂质Fe3+,先将混合物溶于水,加入足量的氢氧化镁,充分反应,过滤结晶即可;

③为了除去硫酸铜晶体中的杂质Fe2+,先将混合物溶于水,加入一定量的H2O2,将Fe2+氧化成Fe3+,调节溶液的pH=4,过滤结晶即可。请回答下列问题:

(1)上述三个除杂方案都能够达到很好效果,Fe2+、Fe3+都被转化为________(填化学式)而除去。

(2)①中加入的试剂应该选择__________________,其原因是______________________。

(3)②中除去Fe3+所发生的离子方程式为_______________________________________。

(4)下列与方案③相关的叙述中,正确的是________(填字母)。

A.H2O2是绿色氧化剂,在氧化过程中不引进杂质,不产生污染

B.将Fe2+氧化为Fe3+的主要原因是Fe(OH)2沉淀比Fe(OH)3沉淀难过滤

C.调节溶液pH=4可选择的试剂是氢氧化铜或碱式碳酸铜

D.Cu2+可以大量存在于pH=4的溶液中

E.在pH>4的溶液中Fe3+一定不能大量存在

解析:实验①中为了不引入杂质离子,应加入氨水使Fe3+沉淀,而不能用NaOH溶液。实验②中根据溶解度数据可知Mg(OH)2能转化为Fe(OH)3,因此在MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2除去Fe3+,然后将沉淀一并过滤。实验③中利用Fe3+极易水解的特点,根据题意可知调节溶液的pH=4可使Fe3+沉淀完全,为了不引入杂质离子,因此可使用CuO、Cu(OH)2等调节溶液的pH。(4)选项B显然是错误的,原因是若不把Fe2+氧化为Fe3+,当Fe2+沉淀完全时,Cu2+也沉淀完全。

答案:(1)Fe(OH)3 (2)氨水 不会引入新的杂质

(3)2Fe3+(aq)+3Mg(OH)2(s)3Mg2+(aq)+2Fe(OH)3(s) (4)ACDE

13.(2014·鹤岗模拟)氧化铁是一种重要的无机材料,化学性质稳定,催化活性高,具有良好的耐光性、耐热性和对紫外线的屏蔽性,从某种工业酸性废液(主要含Na+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+、Cl-、SO)中回收氧化铁流程如图所示:

已知:常温下Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11;Ksp[Fe(OH)2]=2.2×10-16;Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38;Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33

(1)写出在该酸性废液中通入空气时发生的离子反应方程式:______________________,

指出使用空气的优点是:__________________________________________。

(2)已知Fe3+(aq)+3OH-(aq)===Fe(OH)3(s) ΔH=-Q1 kJ/mol,题(1)中每生成1 mol含铁微粒时,放热Q2,请你计算1 mol Fe2+全部转化为Fe(OH)3(s)的热效应ΔH=________。

(3)常温下,根据已知条件计算在pH=5的溶液中,理论上下列微粒在该溶液中可存在的最大浓度c(Fe3+)=__________,c(Mg2+)=________。

(4)有人用氨水调节溶液pH,在pH=5时将Fe(OH)3沉淀出来,此时可能混有的杂质是________(填化学式,下同),用________试剂可将其除去。

解析:(1)酸性废液中通入空气时,Fe2+被空气中的氧气所氧化,离子方程式为4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O。该方法的优点是耗费少且无污染。

(2)根据盖斯定律:1 mol Fe2+全部转化为Fe(OH)3(s)的热效应ΔH=-(Q2+Q1) kJ/mol。

(3)溶液pH=5,则c(OH-)=10-9mol/L,根据Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38,Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11,可计算出 c(Fe3+)、c(Mg2+)分别为3.5×10-11 mol/L、1.2×107 mol/L。

(4)根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33,可计算出溶液pH=5 时,c(Al3+)<1.0×10-5 mol/L,Al3+也几乎完全沉淀,故可能混有的杂质是Al(OH)3。Al(OH)3溶于强碱,而 Fe(OH)3 不溶,故可用NaOH溶液除去。

答案:(1)4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 耗费少且无污染

12.钡(Ba)和锶(Sr)及其化合物在工业上有着广泛的应用,它们在地壳中常以硫酸盐的形式存在,BaSO4和SrSO4都是难溶性盐。工业上提取钡和锶时首先将BaSO4和SrSO4转化成难溶弱酸盐。

已知:SrSO4(s) Sr2+(aq)+SO(aq) Ksp=2.5×10-7

SrCO3(s)Sr2+(aq)+CO(aq) Ksp=2.5×10-9

(1)将SrSO4转化成SrCO3的离子方程式为______________________________________,该反应的平衡常数表达式为__________________;该反应能发生的原因是________________________________________________________________________

_________________________________________(用沉淀溶解平衡的有关理论解释)。

(2)对于上述反应,实验证明增大CO的浓度或降低温度都有利于提高SrSO4的转化率。判断在下列两种情况下,平衡常数K的变化情况(填“增大”、“减小”或“不变”):

①升高温度,平衡常数K将________;

②增大CO的浓度,平衡常数K将________。

(3)已知,SrSO4和SrCO3在酸中的溶解性与BaSO4和BaCO3类似,设计实验证明上述过程中SrSO4是否完全转化成SrCO3。实验所用的试剂为________;实验现象及其相应结论为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析:(1)SrSO4转化成SrCO3的离子反应为SrSO4(s)+CO(aq)SrCO3(s)+SO(aq),平衡常数表达式为K=,根据沉淀转化的原理,该反应能够发生,是因为Ksp(SrCO3)<Ksp(SrSO4)。(2)①降低温度有利于提高SrSO4的转化率,说明降温平衡向正反应方向移动,因此升高温度,平衡向逆反应方向移动,故平衡常数K减小。②平衡常数只与温度有关,增大CO的浓度,平衡常数不变。(3)根据提供的信息,可以推断SrSO4难溶于盐酸,而SrCO3可溶于盐酸,因此向溶液中加入盐酸,若沉淀全部溶解,则SrSO4完全转化成SrCO3,若沉淀没有全部溶解,则SrSO4没有完全转化成SrCO3,需要注意的是,不能选择稀硫酸,因为SrCO3与稀硫酸反应生成SrSO4。

答案:(1)SrSO4(s)+CO(aq)SrCO3(s)+SO(aq)

K= Ksp(SrCO3)<Ksp(SrSO4),加入CO后,平衡SrSO4(s)Sr2+(aq)+SO(aq)正向移动,生成SrCO3

(2)①减小 ②不变

(3)盐酸 若沉淀完全溶解,则证明SrSO4完全转化成SrCO3,否则,未完全转化

二、非选择题

11.已知:25 ℃时,Ksp(BaSO4)=1×10-10,Ksp(BaCO3)=1×10-9。

(1)医学上进行消化系统的X射线透视时,常使用BaSO4作内服造影剂。胃酸酸性很强(pH约为1),但服用大量BaSO4仍然是安全的,BaSO4不溶于酸的原因是(用溶解平衡原理解释)________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

万一误服了少量BaCO3,应尽快用大量0.5 mol/L Na2SO4溶液给患者洗胃,如果忽略洗胃过程中Na2SO4溶液浓度的变化,残留在胃液中的Ba2+浓度仅为________mol/L。

(2)长期使用的锅炉需要定期除水垢,否则会降低燃料的利用率。水垢中含有的CaSO4,可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,而后用酸除去。

①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为_______________________________________。

②请分析CaSO4转化为CaCO3的原理:_________________________________。

解析:(1)BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO(aq),由于Ba2+、SO均不与H+反应,无法使平衡移动。c(Ba2+)==2×10-10 mol/L。

答案:(1)对于平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO(aq),H+不能减少Ba2+或SO的浓度,平衡不能向溶解的方向移动 2×10-10

(2)①CaSO4(s)+CO(aq)===CaCO3(s)+SO(aq)

②CaSO4存在沉淀溶解平衡,加入Na2CO3溶液后,CO与Ca2+结合生成CaCO3沉淀,Ca2+浓度减小,使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向移动

 0  116331  116339  116345  116349  116355  116357  116361  116367  116369  116375  116381  116385  116387  116391  116397  116399  116405  116409  116411  116415  116417  116421  116423  116425  116426  116427  116429  116430  116431  116433  116435  116439  116441  116445  116447  116451  116457  116459  116465  116469  116471  116475  116481  116487  116489  116495  116499  116501  116507  116511  116517  116525  447090 

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