《2025年非常学案高中化学选择性必修第一册人教版》

1. 某含锰废水中主要含有$\mathrm{MnSO}_{4}$，另含$\mathrm{H}^{+} 、 \mathrm{Fe}^{2+} 、 \mathrm{Ca}^{2+} 、 \mathrm{Mg}^{2+} 、 \mathrm{Cu}^{2+} 、 \mathrm{Al}^{3+}$等，某同学为了回收$\mathrm{Mn}$单质设计如下工艺流程，下列说法不正确的是 (C)

已知$25^{\circ} \mathrm{C}$时，$K_{\mathrm{sp}}\left(\mathrm{CaF}_{2}\right)=1.5 × 10^{-10} 、 K_{\mathrm{sp}}\left(\mathrm{MgF}_{2}\right)=7.5 × 10^{-11}$。

A.滤渣1主要含$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}$和$\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}$
B.除钙镁步骤中，当$\mathrm{Ca}^{2+} 、 \mathrm{Mg}^{2+}$沉淀完全时，溶液中$\frac{c\left(\mathrm{Ca}^{2+}\right)}{c\left(\mathrm{Mg}^{2+}\right)}=2$
C.滤液4主要含$\left(\mathrm{NH}_{4}\right)_{2} \mathrm{CO}_{3}$
D.反应①中$\mathrm{Si}$可用铝替代

答案： 1.C [“沉锰过程”发生反应为${2NH_{4}HCO_{3} + MnSO_{4}\xlongequal{}MnCO_{3}\downarrow + (NH_{4})_{2}SO_{4} + CO_{2}\uparrow + H_{2}O}$，滤液4中主要含${(NH_{4})_{2}SO_{4}}$，C错误。]

2. 钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。
以含钴废料(含$\mathrm{Co}_{2} \mathrm{O}_{3}$和少量$\mathrm{Fe} 、 \mathrm{Al} 、 \mathrm{Mn} 、 \mathrm{Ca} 、 \mathrm{Mg}$等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下图所示。

已知：萃取时发生的反应为$\mathrm{Co}^{2+}+n(\mathrm{HA})_{2} \rightleftharpoons \mathrm{CoA}_{2} ·(n-1)(\mathrm{HA})_{2}+2 \mathrm{H}^{+}$。
(1)除$\mathrm{Fe} 、 \mathrm{Al}$：先加入$\mathrm{NaClO}_{3}$溶液，再加入$\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}$溶液调节$\mathrm{pH}$。写出$\mathrm{NaClO}_{3}$氧化$\mathrm{Fe}^{2+}$的离子方程式：${6Fe^{2 + } + ClO^{-}_{3} + 6H^{+}\xlongequal{}6Fe^{3 + } + Cl^{-} + 3H_{2}O}$。
(2)除$\mathrm{Ca} 、 \mathrm{Mg}$：当某离子浓度$c \leqslant 1 × 10^{-6} \mathrm{~mol} · \mathrm{L}^{-1}$时，认为该离子已除尽。$\left[K_{\mathrm{sp}}(\mathrm{CaF}_{2})=1.0 × 10^{-10}, K_{\mathrm{sp}}\left(\mathrm{MgF}_{2}\right)=7.4 × 10^{-11}, K_{\mathrm{a}}(\mathrm{HF})=3.5 × 10^{-4}\right]$
①为使$\mathrm{Ca}^{2+} 、 \mathrm{Mg}^{2+}$除尽，必须保持溶液中$c\left(\mathrm{~F}^{-}\right) \geqslant$0.01$\mathrm{mol} · \mathrm{L}^{-1}$。
②若调节溶液的$\mathrm{pH}$偏低，将会导致$\mathrm{Ca}^{2+} 、 \mathrm{Mg}^{2+}$沉淀不完全，其原因是${pH}$偏低，氢离子浓度过大导致氟离子和氢离子结合成${HF}$分子。
(3)萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂$(\mathrm{HA})_{2}$，实验测得$\mathrm{Co}^{2+}$萃取率随$\mathrm{pH}$的变化如下图所示。向萃取所得有机相中加入$\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}$，反萃取得到水相。

①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是实现${Co^{2 + }}$的提取和富集。
②$\mathrm{Co}^{2+}$萃取率随$\mathrm{pH}$升高先增大后减小的可能原因是随着${pH}$升高，氢离子浓度减小，${Co^{2 + } + n(HA)_{2}⇌ CoA_{2}· (n - 1)(HA)_{2} + 2H^{+}}$平衡正向移动，导致${Co^{2 + }}$萃取率升高；若${pH}$过高，则${Co^{2 + }}$转化为${Co(OH)_{2}}$沉淀，导致${Co^{2 + }}$萃取率下降。

答案： 2.解析：因为$K_{sp}{(CaF_{2})} ＞ K_{sp}{(MgF_{2})}$，所以当${Ca^{2 + }}$除尽时，${Mg^{2 + }}$也已除尽。$1.0× 10^{-10}=1× 10^{-6}· c^{2}{(F^{-})}$，故$c{(F^{-})}=0.01{mol· L^{-1}}$。
答案：
(1)${6Fe^{2 + } + ClO^{-}_{3} + 6H^{+}\xlongequal{}6Fe^{3 + } + Cl^{-} + 3H_{2}O}$
(2)①$0.01$ ②${pH}$偏低，氢离子浓度过大导致氟离子和氢离子结合成${HF}$分子
(3)①实现${Co^{2 + }}$的提取和富集 ②随着${pH}$升高，氢离子浓度减小，${Co^{2 + } + n(HA)_{2}⇌ CoA_{2}· (n - 1)(HA)_{2} + 2H^{+}}$平衡正向移动，导致${Co^{2 + }}$萃取率升高；若${pH}$过高，则${Co^{2 + }}$转化为${Co(OH)_{2}}$沉淀，导致${Co^{2 + }}$萃取率下降

1. 常温下，$\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}$的电离平衡常数$K_{\mathrm{a} 1}=1.4 × 10^{-2}, K_{\mathrm{a} 2}=6.0 × 10^{-8} ; \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}$的电离平衡常数$K_{\mathrm{a} 1}=4.5 × 10^{-7}, K_{\mathrm{a} 2}=4.7 × 10^{-11}$。下列说法不正确的是 (A)

A.稀释$\mathrm{NH}_{3} · \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$溶液，$\frac{c\left(\mathrm{OH}^{-}\right)}{c\left(\mathrm{NH}_{4}^{+}\right)}$减小
B.酸性：$\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}＞\mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}＞\mathrm{HSO}_{3}^{-}＞\mathrm{HCO}_{3}^{-}$
C.用$\mathrm{NH}_{3} · \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$溶液吸收$\mathrm{SO}_{2}$，当溶液呈中性时，$c\left(\mathrm{SO}_{3}^{2-}\right) : c\left(\mathrm{HSO}_{3}^{-}\right)=0.6$
D.$\mathrm{pH}=5$的$\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}$溶液，加水稀释到500倍，则稀释后$c\left(\mathrm{SO}_{4}^{2-}\right)$与$c\left(\mathrm{H}^{+}\right)$的比值约
为$1 : 10$

答案： 1.A [加水稀释促进${NH_{3}· H_{2}O}$电离，但${NH_{3}· H_{2}O}$电离的增大程度小于溶液体积增大程度，则溶液中$c{(NH^{+}_{4})}$、$c{(OH^{-})}$都减小、水的电离程度增大，所以溶液中$c{(NH^{+}_{4})}$减小的程度大于$c{(OH^{-})}$减小的程度，则溶液中$\dfrac{c{(OH^{-})}}{c{(NH^{+}_{4})}}$增大，A错误；酸的电离平衡常数越大，酸性越强，根据电离平衡常数知，酸性：${H_{2}SO_{3}} ＞ {H_{2}CO_{3}} ＞ {HSO^{-}_{3}} ＞ {HCO^{-}_{3}}$，B正确；常温下，当溶液中$c{(SO^{2-}_{3})}:c{(HSO^{-}_{3})}=0.6$时，$c{(H^{+})}=\dfrac{c{(HSO^{-}_{3})}}{c{(SO^{2-}_{3})}}× K_{a2}=\left(\dfrac{1}{0.6}× 6.0× 10^{-8}\right){mol· L^{-1}}=10^{-7}{mol· L^{-1}}$，溶液呈中性，C正确；${pH}=5$的${H_{2}SO_{4}}$溶液，加水稀释到$500$倍，则稀释后$c{(SO^{2-}_{4})}$为$10^{-8}{mol· L^{-1}}$，$c{(H^{+})}$近似为$10^{-7}{mol· L^{-1}}$，稀释后$c{(SO^{2-}_{4})}$与$c{(H^{+})}$的比值为$10^{-8}{mol· L^{-1}}:10^{-7}{mol· L^{-1}}=1:10$，D正确。]