Question

難溶性雜鹵石（K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O）屬于“呆礦”，在水中存在如下溶解平衡：
K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+2H₂O
為充分利用鉀資源，用飽和Ca（OH）₂溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如下：
（1）濾渣主要成分有

 

和CaSO₄以及未溶雜鹵石．
（2）用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋Ca（OH）₂溶液能溶解雜鹵石浸出K⁺的原因：

 

．
（3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入

 

溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入

 

溶液調(diào)濾液pH至中性．
（4）不同溫度下，K⁺的浸出濃度與溶浸時(shí)間的關(guān)系見圖．由圖可得，隨著溫度升高，

①

 

；
②溶浸出的K⁺的平衡濃度增大
（5）有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會(huì)發(fā)生：
CaSO₄（s）+CO₃^2-?CaCO₃（s）+SO₄^2-已知298K時(shí)，K_sp（CaCO₃）=2.80×10^-9，K_sp（CaSO₄）=4.90×10^-5，計(jì)算此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)，K=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,化學(xué)平衡專題

分析：雜鹵石在水中存在如下溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2 Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4 SO₄^2-+2H₂O
，向雜鹵石中加入Ca（OH）₂溶液，氫氧根離子和鎂離子反應(yīng)生成更難溶的Mg（OH）₂沉淀，鈣離子和硫酸根離子濃度達(dá)到一定程度時(shí)生成CaSO₄沉淀，所以得到的濾渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的雜鹵石，濾液中含有Ca²⁺、K⁺、OH^-、SO₄^2-，向?yàn)V液中加入過量K₂CO₃，除去溶液中的Ca²⁺，然后再加入稀硫酸除去過量的Ca²⁺，條件溶液的pH得到較純凈的硫酸鉀，然后將溶液蒸發(fā)濃縮得到硫酸鉀晶體，據(jù)此分析解答．

解答： 解：雜鹵石在水中存在如下溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2 Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4 SO₄^2-+2H₂O，向雜鹵石中加入Ca（OH）₂溶液，氫氧根離子和鎂離子反應(yīng)生成更難溶的Mg（OH）₂沉淀，鈣離子和硫酸根離子濃度達(dá)到一定程度時(shí)生成CaSO₄沉淀，所以得到的濾渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的雜鹵石，濾液中含有Ca²⁺、K⁺、OH^-、SO₄^2-，向?yàn)V液中加入過量K₂CO₃，除去溶液中的Ca²⁺，然后再加入稀硫酸除去過量的Ca²⁺，條件溶液的pH得到較純凈的硫酸鉀，然后將溶液蒸發(fā)濃縮得到硫酸鉀晶體，
（1）通過以上分析知，濾渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的雜鹵石，故答案為：Mg（OH）₂；
（2）加入Ca（OH）₂溶液，Ca（OH）₂電離生成的氫氧根離子和鎂離子反應(yīng)生成Mg（OH）₂沉淀，從而減小鎂離子濃度，導(dǎo)致固體溶解，所以K⁺增多，
故答案為：加入Ca（OH）₂溶液，Mg²⁺與OH^-結(jié)合生成Mg（OH）₂沉淀，Mg²⁺濃度減小，平衡正向移動(dòng)，K⁺增多；
（3）除雜環(huán)節(jié)中，要加入過量的K₂CO₃除去鈣離子、加入稀硫酸除去過量的K₂CO₃，故答案為：K₂CO₃；稀硫酸；
（4）根據(jù)圖象知，溫度越高，鉀離子溶浸速率增大，溶浸出的鉀離子平衡濃度越大，故答案為：①溶浸平衡向右移動(dòng)，K⁺的溶浸速率增大；
（5）該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(SO42-)

c(CO32-)

=

Ksp(CaSO4)

Ksp(CaCO3)

=

4.90×10-5

2.80×10-9

=1.75×10⁴，故答案為：1.75×10⁴．

點(diǎn)評(píng)：本題側(cè)重考查難溶物的溶解平衡，明確難溶物溶解平衡移動(dòng)原理是解本題關(guān)鍵，會(huì)從整體上分析流程中各個(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)、操作方法，難點(diǎn)是除雜劑的選取及滴加順序，題目難度中等．