Question

14．難溶性雜鹵石（K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O）屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡
K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O（g）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO${\;}_{4}^{2-}$+2H₂O
為能充分利用鉀資源，用飽和Ca（OH）₂溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如圖1：

（1）濾渣主要成分有CaSO₄和Mg（OH）₂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：氫氧根與鎂離子結(jié)合，使平衡向右移動(dòng)，K⁺變多．
（3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入K₂CO₃溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入H₂SO₄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)系如圖2，由圖可得，隨著溫度升高，①在同一時(shí)間K+的浸出濃度大②反應(yīng)的速率加快，平衡時(shí)溶浸時(shí)間縮短
（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）+CO${\;}_{3}^{2-}$?CaCO₃（s）+SO${\;}_{4}^{2-}$．已知298K時(shí)，Ksp（CaCO₃）=2.80×10^-9，Ksp（CaSO₄）=4.90×10^-5，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為1.75×10⁴
（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

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CO₃^2-，調(diào)節(jié)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，以此解答該題．

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CO₃^2-，調(diào)節(jié)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：CaSO₄；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：氫氧根與鎂離子結(jié)合，使平衡向右移動(dòng)，K⁺變多；
（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；H₂SO₄；
（4）不同溫度下，溫度越高K⁺的浸出濃度越大，溶浸時(shí)間越短，反應(yīng)速率越大，達(dá)到平衡越快，故圖象中分析得到的結(jié)論為：溫度越高，在同一時(shí)間K⁺的浸出濃度大；反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)溶浸時(shí)間短，
故答案為：①在同一時(shí)間K+的浸出濃度大；②反應(yīng)的速率加快，平衡時(shí)溶浸時(shí)間縮短；
（5）溶浸過程中會(huì)發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），CaCO3（s）=Ca²⁺+CO₃^2-；CaSO₄（s）=Ca²⁺+SO₄^2-；依據(jù)硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，轉(zhuǎn)化關(guān)系中鈣離子相同計(jì)算，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（{C}_{a}S{O}_{4}）}{Ksp（{C}_{a}C{O}_{3}）}$=$\frac{4.90×1{0}^{-5}}{2.80×1{0}^{-9}}$=1.75×10⁴，故答案為：1.75×10⁴．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離、提純，為高考常見題型，題目涉及難溶物的溶解平衡，明確難溶物溶解平衡移動(dòng)原理是解本題關(guān)鍵，答題時(shí)注意會(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．