浮选溶液化学习题及答案

浮选溶液化学

东北大学研究生考试试卷

课程名称 矿物浮选化学 考试日期 考试时间： 分钟

一、简答题(每小题10分，共30分)

1、矿物浮选化学的主要研究内容是什么？

2、什么是质子等衡式PBE？写出H2CO3和H2O的PBE。

3、从十二胺(RNH2)解离平衡的角度分析其在矿物表面发生静电吸附的pH条件是什么？

二、计算题(每小题10分，共70分)

1、计算1×10-3mol/L十二胺、 1×10-4mol/L乙黄药、 1×10-5mol/L酒石酸、 1×10-2mol/L碳酸钠溶液的pH值。

2、计算Na2SiO3各组分的分布系数，绘制?-pH图。

3、通过计算绘制出Na2CO3浓度为CT=1×10-4mol/L时，各组分的logC-pH图。

4、通过计算绘制出1×10-3mol/L十二胺的logC-pH图。 5、通过计算绘制出5×10-4mol/L油酸钠的logC-pH图。 6、计算1×10-4mol/LMg2+各水解组分的浓度与pH值的关系。 7、计算1×10-4mol/L Fe3+各水解组分的浓度与pH值的关系。

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浮选溶液化学

浮选溶液答案

1. 计算1×10-3mol/L十二胺、1×10-4mol/L乙黄药、1×10-5mol/L酒石酸、1×10-2mol/L碳酸钠溶液的pH值。

解：因为十二胺为一元弱碱，查表得十二胺的平衡常数Ka=1×10-10.63，

2kwCBkWkw-3

??OHKw=10，根据公式?=-+得到1×10mol/L十二胺溶2??2k4kkaaa-7

?1010?3?10?7-4

?OH液的?=-=4.04×10mol/L，所以??2?10.63??2?10?10.63?10.634??10?10??7?10?7?2其pH值为：10.68

因为乙基黄药为一元强碱弱酸盐，查表的乙基黄药的平衡常数Ka=1×10-5，

?HKw=10-7，根据公式????=

kakw得到1×10-4mol/L乙黄药溶液的

ka?CBA10?5?10?7-8

??H==3×10mol/L，所以其pH值：7.5 ?5?4??10?10?因为酒石酸为多元弱酸，查表得酒石酸的平衡常数knH=1×103.93，Kw=10-7，

??3.93???5???????H?H?C?010H?H?10?0,所根据公式knH?代入数据得HA????????n22以1×10-5mol/L酒石酸溶液的pH值：5.03

因为碳酸钠为多元强碱弱酸盐，查表得到碳酸钠的平衡常数k1H?109.57，

2kwkwkw-2

?H??Kw=10，根据公式?=代入数据得到1×10mol/L2H??2C4CkCBnABnA1BnA-7

?10?H碳酸钠溶液的?=??2?10?2???7?10?4??10??72?2210?7?9.57?1.69×10-11mol/L，所以?210?10其pH值为：10.8

2. 计算Na2SiO3各组分的分布系数，绘制φ-pH图。

解:按照水玻璃的模数m不同，其组分亦有差异，Na2SiO3在溶液中存在以下平衡

SiO2(s)(amorph)+2H2OSiO2（OH）22-+H+

Si（OH）4 KSO=10-2.7 SiO（OH）3- K1H=1012.56

2

浮选溶液化学

SiO（OH）3-+ H+Si（OH）4 K2H=109.43

?2H?k1H?k1H?1012.56?109.43?1021.992??[A]/?[SiO2(S)(amorp)]/?[SiO2(OH)2]?[SiO(OH)3]?Si(OH)4[SiO32?]11 ?0???H?H?212.56?21.99?2[SiO2(S)(amorp)]1?k1[H]??2[H]1?10[H]?10[H][HSiO3?]?1??k1H?0[H?]?1012.56?0[H?]/[A]?2?[H2SiO3]H?221.99?2???[H]?10?[H]200/[A]100采用取点法，求出上面的各个φ值，然后采用描点法进行绘图，结果如下： Si(OH)4802-SiO(OH)360-ф%SiO(02462OH)240200 3. 通过计算绘制出Na2CO3浓度为CT=1×10-4mol/L时，各组分的logC-pH图。

解：Na2CO3溶液中存在以下平衡：

pH值8101214Na2CO3?2H2OCO32??H?HCO3??H?H2CO3?2NaOHH2CO3，K2H?106.35

HCO3?，K1H?1010.33?2H?K1H?K2H?1016.68则有各组分的绝对浓度的对数值：CT1?10?4Lg[CO]=Lg（?0CT）?Lg?Lg1?K1H[H?]??2H[H?]21?1010.33[H?]?1016.68[H?]22?3Lg[HCO3?]?Lg（?1CT）?Lg（K1H?0CT[H?]）?Lg（1010.33[H?][CO32?]）Lg[H2CO3]=Lg（?2CT）?Lg（?2H?0CT[H?]）?Lg（1016.68[H?][CO32?]）采用取点法并用描点法进行绘图，其结果如下：

3

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-4-5HCO-3-6logC-8CO2-3-9-100246pH81012144. 通过计算绘制出1×10-3mol/L十二胺的logC-pH图。

解：十二胺在溶液中存在以下平衡：

酸解电离式：RNH3?RNH2(aq)?H?，Ka??3?[RNH2(aq)][H?][RNH]?3?10?10.63碱解离式：RNH2(aq)?H2O还存在以下平衡：RNH2(s)[RNH3?][OH?]RNH?OH，Kb??4.3?10?4[RNH2(aq)]RNH2(aq)，S?[RNH2(aq)]?2.0?10?5mol/L[RNH2(aq)]CT?[RNH2(aq)]设加入十二胺的初始浓度为CT，生成沉淀之前：[RNH2(aq)]+[RNH3?]=CT,且存在pH?pKa?lg(则形成沉淀的临界pHs?pKa?lg(S)CT?S)设CT?1.0?10?4mol/L,得到的pHs?8.94当pH?pHs时，[RNH2(s)]=0lg[RNH3?]-lg[RNH2(aq)]=pKa?pHlg[RNH3?]-lg(CT-[RNH3?])=pKa?pH当pH?pHs时，[RNH2(aq)]=S=2.0?10?5；lg[RNH3?]=lgS-pH?pKalg[RNH2(s)]=lg(CT-[RNH3?]-S)[RNH3?]当pH?pKa时，则有lg()=0[RNH2(aq)] -7H2CO3

4

浮选溶液化学

注：若pH??pKa，则lg[RNH3?]=lgCT?lg(1+Ka)=lgCTlg[RNH2(aq)]?pH?pKa?lgCT

采用取点法，并用描点法进行绘图可得如下结果：

-2RNH+3RNH2(s)-3-4RNH2(aq)-5LogC-6-7-8-902468.94pH81012145. 通过计算绘制出5×10-4mol/L油酸钠的logC-pH图。 解：油酸钠在溶液中存在以下平衡式： 油酸钠的溶解度S=10-7.6mol/L; 溶解平衡：HOL(L)解离平衡：HOL(aq)三聚平衡:2OL?HOL(aq);[H?][OL?]H?OL；Ka??10?4.95[HOL(aq)]???[(OL)2?4.02](OL)；Kd??10[2OL?]2?2?H(OL)2；Kim?104.7酸皂二聚平衡：HOL(aq)?OL?①求出HOL(L)和HOL(aq)的临界pH值：2.83?10?13[H?]2?10?21.10当CT?5?10mol/L时，代入[H]???0CT?SCT?S?4?25.66?10?10?(5.66?10?10)2?4?3.1775?10?18得：[H]??2?10?92pH?8.68?②当pH?pHl时：-(1+KH)+(1+KH)2?8CT(KimKH?KdKH2)[HOL(aq)]=4(KimKH?KdKH2)5

浮选溶液化学

[OL?]?KH[HOL(aq)]；lg[OL?]??4.95?lg[HOL(aq)]+pH?222?[(OL)22]?KdKH[HOL(aq)]；lg[(OL)2]??5.9?2lg[HOL(aq)]+2pH2?[H(OL)?2]?KimKH[HOL(aq)]；lg[H(OL)2]?0.25?2lg[HOL(aq)]+pH[HOL(L)]?0③当pH≤pHl时log[HOL(aq)]=logS=-7.6 log[OL?]=logKa+logS+pH=-12.55+pH? log[(OL)22]=logKd+2(logKa+logS+pH)=-21.1+2pH

log[H(OL)?2]=logKim+logKa+2logS+pH=-15.45+pH2?? log[HOL(L)]=log{CT-[HOL(aq)]-[OL?]-[(OL)2]-[H(OL)2]}采用取点法，并用描点法进行绘图，其结果如下： -2RCOOH-RCOOH(l)2--4(RCOOH)2logC-6RCOOH(aq)-8-100246

6. 计算1×10-4mol/LMg2+、Cu2+、Fe3+和Pb2+各水解组分的浓度与pH值的关系。 解：

pH88.68101214第一步：计算形成Mg(OH)2沉淀时的临界pHs值：Ksp?[Mg2?][OH?]2?10?11.1510?11.15?7.15??4?[OH]???10，?[OH]?2.66?10[Mg2?]10?4?pHs?10.425；?2Ksp第二步：当pH≤pHs?10.425时：6

HOORCH-OORC-浮选溶液化学

Mg2??OH?Mg2??2OH?[MgOH?]2.58MgOH，?1??10[OH?][Mg2?][Mg(OH)2(aq)]Mg(OH)2(aq)，?2??101.02??2[Mg][OH]?lg[Mg2?]?lgCT?lg(1??1[OH?]??2[OH?]2)??4?lg(1?102.58[OH?]?101.0[OH?]2)lg[MgOH?]?lg?1?lg[Mg2?]?lg[OH?]??11.42?pH+lg[Mg2?]lg[Mg(OH)2(aq)]?lg?2?lg[Mg2?]?2lg[OH?]??27?lg[Mg2?]?2lg[OH?]第三步：当pH>pHs?10.425时：Mg(OH)2(s)Mg(OH)2(s)Mg2??2OH?，Kso?[Mg2?][OH?]2?10?11.17MgOH??OH?，Ks1?[MgOH?][OH?]??1?Kso取pHs?10.425时的[Mg2?]?lg[Mg2?]?lgKso?2lg[OH?]??11.17?2lg[OH?]lg[MgOH?]?lgKs1?lg[OH?]?lg?1?Kso?lg[OH?]??8.59?lg[OH?]lg[Mg(OH)2(aq)]?lg?2?lg[Mg2?][OH?]2?lg?2?lgKso?1.0?11.17??10.17[Mg(OH)2(s)]?CT?[Mg(OH)2(aq)]?[MgOH?]?[Mg2?]采用取点法,并且用描点法进行绘图,结果如下:

-4 Mg(OH)2(S)Mg-62+-8MgOH+LogC-10-14682+Mg(OH)-122(aq)pH1010.4251214Mg溶液中各组分LogC-pH关系图 ②1×10-4mol/LCu2+各水解组分的浓度与pH值的关系： 第一步：计算形成Cu(OH)2沉淀时的临界pHs值：Ksp?[Cu2?][OH?]2?10?19.32 10?19.32?15.32??7.66?[OH]???10，?[OH]?10[Mg2?]10?4?pHs?6.34；?2Ksp7

浮选溶液化学

第二步：当pH≤pHs?6.34时：Cu?OH2??Cu2??2OH?Cu?3OHCu?4OH2?2??[CuOH?]CuOH，?1??106.3?2?[OH][Cu][Cu(OH)2(aq)]12.8Cu(OH)2(aq)，?2??10[Cu2?][OH?]2??[Cu(OH)3]Cu(OH)，?3??1014.52??3[Cu][OH]?3?[Cu(OH)216.44]Cu(OH)，?4??10[Cu2?][OH?]42?4?lg[Cu2?]?lgCT?lg(1??1[OH?]? ?…?4[OH?]4)??4?lg(1?106.3[OH?]?1012.8[OH?]2?1014.5[OH?]3?1016.4[OH?]4)lg[CuOH?]?lg?1?lg[Cu2?]?lg[OH?]?6.3?lg[OH?]+lg[Cu2?]lg[Cu(OH)2(aq)]?lg?2?lg[Cu2?]?2lg[OH?]?12.8?lg[Cu2?]?2lg[OH?]?lg[Cu(OH)3]?lg?3?lg[Cu2?]?3lg[OH?]?14.5?lg[Cu2?]?3lg[OH?]?2??2??lg[Cu(OH)24]?lg?4?lg[Cu]?4lg[OH]?16.4?lg[Cu]?4lg[OH]第三步：当pH>pHs?6.34时：Cu(OH)2(s)Cu(OH)2(s)Cu2??2OH?，Kso?[Cu2?][OH?]2?10?19.34CuOH??OH?，Ks1?[CuOH?][OH?]??1?Kso

取pHs?6.34时的[Cu2?]?lg[Cu2?]?lgKso?2lg[OH?]??19.34?2lg[OH?]lg[CuOH?]?lgKs1?lg[OH?]?lg?1?Kso?lg[OH?]??8.59?lg[OH?]lg[Cu(OH)2(aq)]?lg?2?lg[Cu2?][OH?]2?lg?2?lgKso?12.8?19.34??6.54?lg[Cu(OH)3]?lg?3?lg[Cu2?][OH?]3??4.84?lg[OH?]?2??4?lg[Cu(OH)24]?lg?4?lg[Cu][OH]??2.94?2lg[OH]?2?[Cu(OH)2(s)]?CT?[Cu(OH)2(aq)]?[CuOH?]?[Cu2?]?[Cu(OH)3]?[Cu(OH)4]采用取点法，并用描点法进行绘图，其结果如下：8

浮选溶液化学 -4-8-12-16Cu+HCuO2+Cu(OH)2(S)q)Cu()2(aOHLogCu(OH3)--20-24-28-32CCu(OH)42-42+66.34pH81012Cu溶液中各组分的LogC-pH关系图③1×10mol/LFe

-43+各

水解组分的浓度与pH值的关系

第一步：计算形成Fe(OH)3沉淀时的临界pHs值：Ksp?[Fe3?][OH?]3?10?38.810?38.8?[OH]???10?34.8，?[OH?]?10?11.63??4[Fe]10?pHs?2.4；?3Ksp第二步：当pH≤pHs?2.4时：Fe?OH3?3??[FeOH2?]11.8FeOH，?1??10[OH?][Fe3?]2??Fe?2OHFe3??3OH?Fe?4OH3??[Fe(OH)?2]Fe(OH)，?2??1022.33??2[Fe][OH][Fe(OH)3(aq)]32.05Fe(OH)3(aq)，?3??10[Fe3?][OH?]3?2[Fe(OH)?4]Fe(OH)，?4??1034.33??4[Fe][OH]?4lg[Fe3?]?lgCT?lg(1??1[OH?]???4[OH?]4)??4?lg(1?1011.8[OH?]?1022.3[OH?]2?1032.05[OH?]3?1034.3[OH?]4)lg[FeOH2?]?lg?1?lg[Fe3?]?lg[OH?]?11.81?lg[OH?]+lg[Fe3?]3??3??lg[Fe(OH)?2]?lg?2?lg[Fe]?2lg[OH]?122.3?lg[Fe]?2lg[OH]lg[Fe(OH)3(aq)]?lg?3?lg[Fe3?]?3lg[OH?]?32.05?lg[Fe3?]?3lg[OH?]3??3??lg[Fe(OH)?4]?lg?4?lg[Fe]?4lg[OH]?34.3?lg[Fe]?4lg[OH]第三步：当pH>pHs?2.4时：Fe(OH)3(s)Fe3??3OH?，Kso?[Fe3?][OH?]3?10?39.249

浮选溶液化学

取pHs?2.4时的[Fe3?]Fe(OH)3(s)Fe(OH)3(s)FeOH2??2OH?，Ks1?[FeOH2?][OH?]2??1?KsoFe(OH)2??OH?，Ks2?[Fe(OH)2?][OH?]??2?Kso?Fe(OH)3(s)?OH[Fe(OH)?4]Fe(OH)，Ks3???3?Kso?[OH]?4?lg[[Fe3?]?lgKso?3lg[OH?]??39.24?3lg[OH?]lg[FeOH2?]?lgKs1?lg[OH?]?lg?1?Kso?lg[OH?]??27.43?2lg[OH?]3??2??lg[Fe(OH)?2]?lgKs2?lg[Fe][OH]?lg?2?Kso?lg[OH]??16.93?lg[OH]

lg[Fe(OH)3(aq)]?lg?3?lg[Fe3?][OH?]3?lg?3?lgKso?32.05?39.24??7.193??4?lg[Fe(OH)?]?lg??lg[Fe][OH]??4.94?lg[OH]44?[Fe(OH)3(s)]?CT?[Fe(OH)3(aq)]?[FeOH2?]?[Fe(OH)2?]?[Fe3?]?[Fe(OH)4]采用取点法,并且用描点法进行绘图,结果如下: -4Fe(OH)3(S)Fe(OH)3(aq) -8Fe(OH)+2-12LogC-16Fe(OH)4-FeOH2+-20-240-4

2+

23+2.44Fe溶液中各组分的LogC-pH关系图pH68④1×10mol/L Pb各水解组分的浓度与pH值的关系

第一步：计算形成Pb(OH)2沉淀时的临界pHs值：Ksp?[Pb2?][OH?]2?10?15.210?15.2?[OH]???10?11.，?[OH?]?10?5.62??4[Mg]10

?pHs?8.4；?2Ksp第二步：当pH≤pHs?8.4时：Pb?OH2??[PbOH?]6.3PbOH，?1??10[OH?][Pb2?]?10

Fe3+

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