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秘籍26 工艺流程题之条件控制与溶度积相关计算
1．【2020全国Ⅲ卷】某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其
他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示： 金属离子 开始沉淀时(c=0.01 mol·L−1)的pH 沉淀完全时(c=1.0×10−5 mol·L−1)的pH 回答下列问题：
（4）利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp=______________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+
浓度为1.0 mol·L−1，则“调pH”应控制的pH范围是______________。
2．偏钒酸镁在化工“新型材料”光电领域有着重要的用途。以硼泥[主要成分是MgO(52.12%)还有Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质]为原料设计制备偏钒酸镁的生产工艺如图所示：
Ni2+ 7.2 8.7 Al3+ 3.7 4.7 Fe3+ 2.2 3.2 Fe2+ 7.5 9.0
“除杂”过程加入双氧水的目的是__________________________________________(用离子方程式表示)。此过程中使Fe3、Al3浓度均小于1×106 mol·L1，在室温下需调节pH的范围是：__________(已知：Ksp[Fe(OH)3]＝1×10
－39
＋
＋
－
－
，Ksp[Al(OH)3]＝1×10
－33
，pH＝9.3时，Mg2开始沉淀)。
＋
溶度积常数(Ksp)的相关计算
（1）M(OH)n悬浊液中Ksp、Kw、pH间的关系
M(OH)n(s)
n＋
Mn(aq)＋nOH(aq)
－
＋
－
－
＋－
c(OH)ncn1(OH)1Kwn＋1－n
Ksp＝c(M)·c(OH)＝·c(OH)＝＝(－pH)。
nnn10（2）Ksp与溶解度(S)之间的计算关系
S
×102。 对于AB型物质，其Ksp＝M
3．实验室用含锰废料(主要成分为MnO2，还含有少量Al2O3、MgO、SiO2)为原料制备Mn的工艺流程如图所示。
“酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3，该反应的离子方程式为________________________；该过程中浸出时间和液固比对锰浸出率的影响分别如图所示。
＋
则适宜的浸出时间和液固比分别为________、________。
反应条件的控制
1．控制溶液的pH
（1）控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。
（2）控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3、Mn2溶液中含有的Fe2
＋
＋
＋
，先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH。
＋
＋＋
调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。 2．控制反应的温度 （1）控制化学反应速率。 （2）控制平衡移动方向。
（3）控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时析出。 （4）促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。 （5
）防止或实现某物质水解或分解。
＋
＋
（6）使催化剂达到最大活性。 （7）防止副反应的发生。 3．调节反应物的浓度
（1）根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作
产生的影响。
（2）反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。 4．控制反应体系的压强 （1）改变化学反应速率。 （2）影响平衡移动的方向。 5．使用催化剂
加快反应速率，提高生产效率。
1．工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)母液生产重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程如图所示：
上述流程中K2Cr2O7发生氧化还原反应后所得溶液中除含有Cr3外，还含有一定浓度的Fe3杂质，可通过
加碱调pH的方法使两者转化为沉淀。已知c(Cr3)＝3×105 mol·L1，则当溶液中开始析出Cr(OH)3沉淀时Fe3是否沉淀完全？________(填“是”或“否”)。{已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×106.0×10
－31
＋
－38
＋
－
－
＋
＋
，Ksp[Cr(OH)3]＝
}
2．钨是熔点最高的金属，是重要的战略物资。自然界中黑钨矿的主要成分是FeWO4、MnWO4，还含有少量
Si、P、As的化合物。由黑钨矿制备WO3的工艺流程如图：
浸出液中的溶质有Na2WO4、Na2SiO3、Na3PO4、Na3AsO4，加入MgSO4、H2SO4将溶液的pH调至9时，溶
c(PO34)－－液中1024、Ksp[Mg3(AsO4)2]＝2.0×1020。) －＝________。(已知Ksp[Mg3(PO4)2]＝2.0×3c(AsO4)
3．对废银合金触电材料进行分离回收既可以节约矿物资源，又可以减少环境污染。某废银合金触电材料含
Ag、Cu、Sn等，现欲利用以下工艺流程回收其中的金属资源。
－
回答问题：常温下，Cu2/Sn4混合液中c(Cu2)＝0.022 mol·L1，将混合液“加热搅拌”后冷却至室温，再加
“尿素”调节溶液的pH范围为_____________。(当溶液中的离子浓度小于105mol·L已知：Ksp[Sn(OH)4]＝1×10
－55
－
－1
＋
＋
＋
－
时，沉淀完全。
；Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10
－20
)
4．锡酸钠(Na2SnO3·xH2O)主要用作电镀铜锡合金和碱性镀锡的基本原料。锡精矿除含SnO2外，还含有少量
WO3、S、As、Fe，一种由锡精矿制备锡酸钠的工艺流程如下：
如图为加入NaOH溶液和NaNO3溶液浸出时锡的浸出率与NaOH质量浓度和反应温度间的关系图，则“碱
浸”的最适宜条件为________、________。
5．2019年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的三位科学家。某废旧锂电池正极主要由LiFePO4、
铝箔、炭黑等组成，Fe、Li、P具有极高的回收价值，具体流程如下：
浸出液X的主要成分为Li、Fe3、H2PO4等。过程ⅲ控制碳酸钠溶液浓度20%、温度85 ℃、反应时间3
h条件下，探究pH对磷酸铁沉淀的影响，如图所示。
＋
＋
－
（1）综合考虑铁和磷沉淀率，最佳pH为________。
（2）结合平衡移动原理，解释过程ⅲ中pH增大，铁和磷沉淀率增大的原因：_________。 （3）当pH＞2.5后，随pH增加，磷沉淀率出现了减小的趋势，解释其原因：_________。
6．工业上利用废镍催化剂(主要成分为Ni，还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程
如下：
除铁时，控制不同的条件可以得到不同的滤渣Ⅱ。已知滤渣Ⅱ的成分与温度、pH的关系如图所示：
（1）若控制温度40 ℃、pH＝8，则滤渣Ⅱ的主要成分为________(填化学式)。
（2）若控制温度80 ℃、pH＝2，可得到黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12](图中阴影部分)，写出生成黄铁矾钠
的离子方程式：__________________________________________________。
