Question

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 （s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+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

 

和

 

以及未溶雜鹵石．
（2）用化學平衡移動原理解釋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）過濾得到的母液中含有大量的

 

（填寫化學式），溶液中離子濃度大小順序為

 

，檢驗其中溶質(zhì)陰離子的方法是

 

．
（5）不同溫度下，K⁺的浸出濃度與溶浸時間的關(guān)系如圖2，由圖可得，隨著溫度升高
①

 

；
②

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：實驗設計題

分析：（1）依據(jù)流程和制取目的，結(jié)合雜鹵石在水中存在的平衡分析，加入飽和Ca（OH）₂溶液對平衡的影響分析判斷；
（2）依據(jù)氫氧化鈣和平衡狀態(tài)下的鎂離子結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，促進平衡右移分析；
（3））“除雜”環(huán)節(jié)中主要是除去鈣離子，但不能引入新的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)溶液PH呈中性，除去加入的碳酸鉀，得到較純凈的硫酸鉀，需要加入硫酸調(diào)節(jié)；
（4）過濾得到的母液中含有大量的 K₂SO₄；因為K₂SO₄=2K⁺+SO₄^2-，溶液呈中性，則可推出溶液中離子濃度大小順序，根據(jù)硫酸根離子的檢驗方法回答；
（5）依據(jù)圖象分析，縱軸意義，曲線的變化，達到平衡需要的時間分析判斷．

解答： 解：（1）雜鹵石在水中存在沉淀溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+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，氫氧根離子和鎂離子結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，同時鈣離子增多，析出硫酸鈣沉淀，所以濾渣中主要成分為CaSO₄，Mg（OH）₂，
故答案為：CaSO₄；Mg（OH）₂；
（2）Ca（OH）₂溶液能溶解雜鹵石浸出K⁺的原因是氫氧化鈣是飽和溶液，加入后氫氧根離子和鎂離子結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，促進平衡右移鈣離子增多，飽和溶液中析出氫氧化鈣，增多K⁺，故答案為：氫氧根與鎂離子結(jié)合使平衡向右移動，鉀離子變多；
（3））“除雜”環(huán)節(jié)主要是除去鈣離子，依據(jù)除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，根據(jù)制取的目的是制備硫酸鉀，所以加入的試劑易于除去，不引入新的雜質(zhì)，因此加入過量K₂CO₃除鈣離子，過濾后加入硫酸至中性，除去碳酸鉀，故答案為：K₂CO₃；H₂SO₄；
（4）過濾得到的母液中含有大量的 K₂SO₄；因為K₂SO₄=2K⁺+SO₄^2-，溶液呈中性，則溶液中離子濃度大小順序為 c（K⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），檢驗其中溶質(zhì)陰離子硫酸根離子的方法是：取樣，先加足量鹽酸酸化，再加入氯化鋇溶液，看是有產(chǎn)生白色沉淀，
故答案為：K₂SO₄，c（K⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；取樣，先加足量鹽酸酸化，再加入氯化鋇溶液，看是有產(chǎn)生白色沉淀；
（5）分析不同溫度下，K⁺的浸出濃度與溶浸時間的關(guān)系，溫度越高K⁺的浸出濃度越大，溶浸時間越短，反應速率越大，達到平衡越快，故圖象中分析得到的結(jié)論為：溫度越高，在同一時間K⁺的浸出濃度大；反應速率加快，平衡時溶浸時間短，
故答案為：在同一時間K⁺的浸出濃度大；反應速率加快，平衡時溶浸時間短．

點評：本題考查了沉淀溶解平衡的影響因素分析判斷，流程分析，分離提純的方法應用，圖象分析判斷方法，平衡常數(shù)的計算應用，溶度積的計算分析，沉淀轉(zhuǎn)化的判斷，題目難度中等．