Question

3．柴達(dá)木盆地以青藏高原“聚寶盆”之譽(yù)蜚聲海內(nèi)外，它有富足得令人驚訝的鹽礦資源．液體礦床以鉀礦為主，伴生著鎂、溴等多種礦產(chǎn)．某研究性學(xué)習(xí)小組擬取鹽湖苦鹵的濃縮液（富含K⁺、Mg²⁺、Br^-、SO₄^2-、Cl^-等），來(lái)制取較純凈的氯化鉀晶體及液溴（Br₂），他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1流程：

請(qǐng)根據(jù)以上流程，回答相關(guān)問(wèn)題：
（1）操作②的所需的主要儀器是分液漏斗．
（2）參照?qǐng)D2溶解度曲線，得到的固體A的主要成分是MgSO₄（填化學(xué)式）．
（3）同學(xué)甲提出一些新的方案，對(duì)上述操作②后無(wú)色溶液進(jìn)行除雜提純，其方案如下：
【有關(guān)資料】

化學(xué)式	BaCO3	BaSO4	Ca（OH）2	MgCO3	Mg（OH）2
Ksp	8.1×10一9	1.08×10一10	1.0×10一4	3.5×10一5	1.6×10一11

【設(shè)計(jì)除雜過(guò)程】

①已知試劑B是K₂CO₃溶液，則混合液A的主要成分是Ba（OH）₂（或BaCl₂和KOH）（填化學(xué)式）．
【獲取純凈氯化鉀】
②對(duì)溶液B加熱并不斷滴加l mol•L^一1的鹽酸溶液，同時(shí)用pH試紙檢測(cè)溶液，直至pH=5時(shí)停止加鹽酸，得到溶液C．該操作的目的是加鹽酸調(diào)節(jié)至pH=5目的是除去未反應(yīng)的OH^-和CO₃^2-．
③將溶液C倒入 蒸發(fā)皿中，加熱蒸發(fā)并用玻璃棒不斷攪拌，直到出現(xiàn)較多晶體，剩余較少水時(shí)時(shí)（填現(xiàn)象），停止加熱．
【問(wèn)題討論】
④進(jìn)行操作⑤中控制溶液pH=12可確保Mg²⁺除盡，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)計(jì)算，此時(shí)溶液B中Mg²⁺物質(zhì)的量濃度為1.6×10^-7mol/L．

Answer 1

分析 該實(shí)驗(yàn)流程是：向富含K⁺、Mg²⁺、Br^-、SO₄^2-、Cl^-的混合物中加入氧化劑，將溴離子氧化為溴單質(zhì)，再加入四氯化碳萃取劑將混合物中的溴單質(zhì)提取出來(lái)，對(duì)于剩余的混合物，加入氫氧化劑和氯化鋇將鎂離子和硫酸根離子沉淀下來(lái)，為保證沉淀干凈，所加試劑過(guò)量，最后多余的氫氧根離子和碳酸根離子在加入鹽酸將之反應(yīng)掉．由溶解度圖象知，將得到的溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮至90℃后進(jìn)行結(jié)晶，再將固液不相溶的物質(zhì)進(jìn)行分離的操作叫過(guò)濾，此時(shí)所用的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；在90℃時(shí)得到的固體A為MgSO₄，而30℃時(shí)得到的固體B為KCl，所以應(yīng)用冷水洗滌固體B，才可以得到較純凈的氯化鉀．在減壓條件下進(jìn)行過(guò)濾，可使過(guò)濾的速度加快．
（1）實(shí)現(xiàn)溴和水溶液的分離可以加萃取劑來(lái)萃取分液，實(shí)現(xiàn)互溶液體的分離采用蒸餾的方法，根據(jù)過(guò)濾儀器來(lái)選擇合適的儀器；
（2）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹迫≥^純凈的氯化鉀晶體可知，要除掉無(wú)色溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-，因此固體A為硫酸鎂；
（3）①在提純時(shí)，加入氫氧化鉀、氯化鋇可以分別將鎂離子以及硫酸根離子除去；
②除去雜質(zhì)離子時(shí)，為保證除凈，加入的試劑是過(guò)量的，最后加鹽酸可以除去多余的碳酸根和氫氧根；
③根據(jù)蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的原則：當(dāng)出現(xiàn)較多晶體，剩余較少水時(shí)，停止加熱，用余熱蒸干；
④為保證沉淀的徹底，要將混合物加熱，使沉淀顆粒增大，根據(jù)Ksp=[Mg²⁺][OH^-]²來(lái)計(jì)算回答．

解答 解：（1）實(shí)現(xiàn)溴單質(zhì)和其他水溶液的分離可以加萃取劑四氯化碳萃取分液，所以操作①的名稱是萃取，操作②名稱是分液，實(shí)現(xiàn)互溶液體溴的四氯化碳溶液的分離采用蒸餾的方法，用到的玻璃儀器有：分液漏斗，
故答案為：分液漏斗；   
（2）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹迫≥^純凈的氯化鉀晶體可知，要除掉無(wú)色溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-，因此固體A為硫酸鎂，
故答案為：MgSO₄ ；
（3）①在提純時(shí)，加入氫氧化鉀、氯化鋇可以分別將鎂離子以及硫酸根離子除去，除去雜質(zhì)離子時(shí)，為保證除凈，加入的試劑是過(guò)量的，所以混合液A的主要成分是BaCl₂和KOH，故答案為：Ba（OH）₂（或BaCl₂和KOH）；
 ②在提純時(shí)，加入氫氧化鉀、氯化鋇可以分別將鎂離子以及硫酸根離子除去，除去雜質(zhì)離子時(shí)，為保證除凈，加入的試劑是過(guò)量的，最后加鹽酸可以除去多余的碳酸根和氫氧根，
故答案為：加鹽酸調(diào)節(jié)至pH=5目的是除去未反應(yīng)的OH^-和CO₃^2-；
③根據(jù)蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的原則：在蒸發(fā)皿中，當(dāng)出現(xiàn)較多晶體，剩余較少水時(shí)，停止加熱，用余熱蒸干，
故答案為：出現(xiàn)較多晶體，剩余較少水時(shí)；
④為保證沉淀的徹底，要將混合物加熱，使沉淀顆粒增大，根據(jù)Ksp=[Mg²⁺][OH^-]²，則溶解B中Mg²⁺物質(zhì)的量濃度c=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.6×1{0}^{-11}}{（1{0}^{-2}）^{2}}$=1.6×10^-7mol/L，
故答案為：1.6×10^-7mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道有關(guān)粗鹽提純知識(shí)的綜合實(shí)驗(yàn)題目，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力，綜合性很強(qiáng)，難度中等．