課題：課題：工藝流程——PH條件的控制工藝流程總第(7)期整理與編輯：沈立鵬該類情境有以下幾點要注意：（1）需要的物質(zhì)：含主要陽離子的難溶性氧化物或氫氧化物或碳酸鹽，即能與H+反應(yīng)，使pH增大的物質(zhì)如MgO、Mg(OH)2等。（2）原理：加入的物質(zhì)能與溶液中的H+反應(yīng)，降低了H+的濃度，增大pH（3）pH控制的范圍：大于或等于除去離子的完全沉淀值，小于主要離子的開始沉淀的pH。（4）控制pH的目的：防止XX離子水解；防止XX離子沉淀；確保X離子完全沉淀；防止XX物質(zhì)溶解等。（5）控制某反應(yīng)的pH值使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀（調(diào)節(jié)pH所用試劑為主要元素對應(yīng)的氧化物、碳酸鹽、堿，以避免引入新的雜質(zhì)；pH分離時的范圍確定、范圍過小的后果導(dǎo)致某離子沉淀不完全>或過大的后果<導(dǎo)致主要離子開始沉淀>）一.促使某些離子水解形成沉淀而被除去根據(jù)不同金屬陽離子完全沉淀的pH數(shù)據(jù)，升高溶液的pH使之處于某范圍內(nèi)，使雜質(zhì)金屬離子沉淀，并確保所需要的金屬離子依舊存留在溶液中。如圖所示。由于Fe2+沉降時要求的溶液pH較高，同時與一些其他離子沉淀的pH范圍重疊，一般是加入H2O2、酸性高錳酸鉀溶液、氯水等氧化劑將其氧化成易沉降的Fe3+。1.高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：相關(guān)金屬離子【c0(Mn+)=0.1mol·L?1】形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_______~6之間。【答案】4.7【解析】由表中數(shù)據(jù)知pH在4.7時，F(xiàn)e3+和Al3+沉淀完全，所以應(yīng)該控制pH在4.7~6之間。2．我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì)）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子【c0(Mn+)=0.1mol·L-1】形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4濾渣1的主要成分除SiO2外還有___________；氧化除雜工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧氣，其后果是________________。【答案】PbSO4 調(diào)節(jié)溶液的pH 無法除去雜質(zhì)Fe2+【解析】由于硫酸鉛不溶于水，因此濾渣1的主要成分除SiO2外還有PbSO4；要測定鐵離子，需要調(diào)節(jié)溶液的pH，又因為不能引入新雜質(zhì)，所以需要利用氧化鋅調(diào)節(jié)pH，即氧化除雜工序中ZnO的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知沉淀亞鐵離子的pH較大，所以若不通入氧氣，其后果是無法除去雜質(zhì)Fe2+。3.以硅藻土為載體的五氧化二釩（V2O5）是接觸法生成硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2＜1以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：（3）“中和”作用之一是使釩以V4O124?形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有_______。（4）“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROH+V4O124?R4V4O12+4OH?（ROH為強堿性陰離子交換樹脂）。為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈_____性（填“酸”、“堿”或“中”）。【答案】（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）堿4．硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是________?！敬鸢浮繉e2+氧化為Fe3+；使Al3+與Fe3+形成氫氧化物而除去。5．毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等雜質(zhì)），實驗室利用毒重石制備BaCl2·2H2O的流程如下:Ca2+Mg2+Fe3+開始沉淀時的pH11.99.11.9完全沉淀時的pH13.911.13.2加入NH3·H2O調(diào)節(jié)pH=8可除去（填離子符號），濾渣Ⅱ中含（填化學(xué)式）。加入H2C2O4時應(yīng)避免過量，原因是。已知：Ksp（BaC2O4）=1.6×10-7，Ksp（CaC2O4）=2.3×10-9【答案】Fe3+；Mg(OH)2、Ca(OH)2；H2C2O4過量會導(dǎo)致生成BaC2O4沉淀，產(chǎn)品的產(chǎn)量減少?！窘馕觥慷?抑制某些離子的水解，防止產(chǎn)品混入雜質(zhì)像鹽酸鹽、硝酸鹽溶液，通過結(jié)晶方法制備晶體或加熱脫水結(jié)晶水合物制備相對應(yīng)的無水鹽時，由于水解生成的鹽酸或硝酸揮發(fā)，促使了金屬離子水解（水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)）導(dǎo)致產(chǎn)品不純，如MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg（OH）Cl+HCl↑+5H2O等，這就需要在酸性氛圍中加熱來抑制其水解。6．某工廠以重晶石（主要含BaSO4）為原料，生產(chǎn)“電子陶瓷工業(yè)支柱”——鈦酸(BaTiO3)的工藝流程如下：常溫下，TiCl4為液體且易水解，配制一定濃度的TiCl4溶液的方法是?！敬鸢浮咳苡跐恹}酸，再加適量水稀釋至所需濃度【解析】TiCl4是強酸弱堿鹽，在溶液中Ti4+會發(fā)生水解反應(yīng)：Ti4++4H2OTi(OH)4+4H+，使溶液變渾濁，為了配制得到澄清的TiCl4溶液，同時不引入雜質(zhì)離子，通常是將TiCl4溶于濃鹽酸中，然后再加適量水稀釋至所需濃度；7．某化學(xué)興趣小組以菱鐵礦（主要成分為FeCO3，含有SiO2、Al2O3等少量雜質(zhì)）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）的實驗過程如下：（1）酸溶及后續(xù)過程中均需保持酸過量，其目的除了提高鐵元素的浸出率之外，還有?！敬鸢浮恳种艶e3+水解【解析】酸溶和后續(xù)過程中酸過量可以抑制Fe3+水解；8．氯化鐵是常見的水處理劑，工業(yè)上制備無水FeCl3的一種工藝如下：（1）六水合氯化鐵在水中的溶解度如下：溫度/℃01020305080100溶解度(g/100gH2O)74.481.991.8106.8315.1525.8535.7從FeCl3溶液制得FeCl3·6H2O晶體的操作步驟是：加入少量鹽酸、、、過濾、洗滌、干燥。再由FeCl3·6H2O晶體得到無水FeCl3的操作是：。（2）常溫下，若溶液的pH控制不當(dāng)會使Fe3+沉淀，pH＝4時，溶液中c(Fe3+)＝mol·L－1。(常溫下Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38)?！敬鸢浮浚?）蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；將FeCl3·6H2O晶體在干燥的HCl氣流中加熱；（2）4.0×10－8；【解析】（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高氯化鐵的溶解度越高，由溶液獲得晶體需加加熱濃縮；再冷卻結(jié)晶，F(xiàn)e3+易水解，所以由FeCl3?6H2O晶體得到無水FeCl3，應(yīng)在氯化氫氣流中加熱FeCl3?6H2O晶體，得到無水FeCl3，故答案為加熱濃縮；冷卻結(jié)晶；在氯化氫氣流中加熱FeCl3?6H2O晶體，得到無水FeCl3；（2）當(dāng)溶液pH為4時，溶液中c(OH-)=10-10mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)?c3(OH-)=4×10-39，所以溶液中c(Fe3+)==4×10-9mol?L-1，故答案為4×10-9；三.控制鹽的水解反應(yīng)進行的程度Fe3+、Al3+、Cr3+、Ti4+等離子由于所帶電荷數(shù)多，半徑小，易發(fā)生強烈的水解反應(yīng)。在中學(xué)教材中，對它們水解的離子方程式都做了簡化處理，如Fe3+水解：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+其實Fe3+在溶液中的水解可以分為三步Fe3＋+H2OFe(OH)2++H＋；Fe(OH)2++H2OFe(OH)2++H＋；Fe(OH)++H2OFe(OH)3+H＋；依據(jù)人們需要可通過控制溶液的pH得到水解程度不同的產(chǎn)物。9.煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制備堿式硫酸鋁[Al2(SO4)x(OH)6—2x]溶液，并用于煙氣脫硫研究。加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為Al2(SO4)x(OH)6—2x。濾渣Ⅱ的主要成分為（填化學(xué)式）；若溶液的pH偏高，將會導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低，其原因是（用離子方程式表示）。【答案】CaSO43CaCO3+2Al3++3SO42-+3H2O=2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑【解析】通過以上分析知，濾渣Ⅱ的成分是CaSO4，若溶液的pH偏高，溶液中的Al3+和OH-離子反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀，所以將會導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低，反應(yīng)的離子方程式為：3CaCO3+2Al3++3SO42-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CaSO4+3CO2↑；四.溶液的酸堿性影響離子的穩(wěn)定性和存在形式10．重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：步驟①的主要反應(yīng)為：FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2步驟④調(diào)濾液2的pH使之變____________（填“大”或“小”），原因是___________________（用離子方程式表示）?！敬鸢浮啃?+2H++H2O【解析】濾液2調(diào)節(jié)pH的目的是提高溶液的酸性，pH變小；因為溶液中存在2CrO42?+2H+Cr2O72?+H2O，增大溶液中H+濃度，可促進平衡正向移動，提高溶液中Cr2O72?的濃度。11.利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為：pH=4.1時，Ⅰ中為__________溶液（寫化學(xué)式）。【參考答案】NaHSO3 【解析】碳酸鈉飽和溶液吸收SO2后的溶液顯酸性，說明生成物是酸式鹽，即Ⅰ中為NaHSO3；12．硼酸（H3BO3）是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工藝。一種以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3+H2OH++B(OH)?4，Ka=5.81×10?10，可判斷H3BO3是______酸；在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，目的是_______________?！敬鸢浮恳辉蹀D(zhuǎn)化為H3BO3，促進析出【解析】由硼酸的離解方程式知，硼酸在水溶液中是通過與水分子的配位作用產(chǎn)生氫離子，而三價硼原子最多只能再形成一個配位鍵，且硼酸不能完全解離，所以硼酸為一元弱酸；在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，目的是將B(OH)?4轉(zhuǎn)化為H3BO3，并促進H3BO3析出13．利用化學(xué)原理可以對工廠排放的廢水、廢渣等進行有效檢測與合理處理。某工廠對制革工業(yè)污泥中Cr(III)的處理工藝如下：其中硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr3+，其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+。常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下：陽離子Fe3+Mg2+Al3+Cr3+開始沉淀時的pH2.7——————沉淀完全時的pH3.711.189（＞9溶解）加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為CrO42-。濾液Ⅱ中陽離子主要有___________；但溶液的pH不能超過8，其理由是_____________________?！敬鸢浮縉a+、Mg2+、Ca2+pH超過8會使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最終影響Cr(III)回收與再利用【解析】硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr3+，其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+，加入過氧化氫氧化鉻離子為Cr2O72-，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為CrO42-，溶液PH=8，F(xiàn)e3+沉淀完全，沉淀為Fe(OH)3，濾液Ⅱ中陽離子主要有Na+、Mg2+、Ca2+；但溶液的pH不能超過8，其理由是pH超過8會使部分Al(OH)3溶解生成AlO