题目内容
【题目】难溶性杂卤石(K2SO4MgSO42CaSO42H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡
K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca2++2K++Mg2++4+2H2O
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如图1:
(1)滤渣主要成分有__________和___________以及未溶杂卤石.
(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:_______________.
(3)“除杂”环节中,先加入_______溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入________溶液调滤液PH至中性.
(4)不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系是图2,由图可得,随着温度升高,①__________________________②______________________________;
(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:CaSO4(s)+CaCO3(s)+
已知298K时,Ksp(CaCO3)=2.80×10﹣9,Ksp(CaSO4)=4.90×10﹣5,求此温度下该反应的平衡常数K_____________(计算结果保留三位有效数字).
【答案】CaSO4 Mg(OH)2 氢氧根与镁离子结合使平衡向右移动,钾离子变多 K2CO3 H2SO4 在同一时间K+的浸出浓度大 反应速率加快,平衡时溶浸时间短 1.75×104
【解析】
(1)依据流程和制取目的,结合“呆矿”,在水中存在的平衡分析,加入饱和Ca(OH)2溶液对平衡的影响分析判断;
(2)依据氢氧化钙和平衡状态下的镁离子结合生成氢氧化镁沉淀,促进平衡右移分析;
(3))“除杂”环节中主要是除去钙离子,但不能引入新的杂质,调节溶液PH呈中性,除去加入的碳酸钾,得到较纯净的硫酸钾,需要加入硫酸调节;
(4)依据图象分析,纵轴意义,曲线的变化,达到平衡需要的时间分析判断;
(5)以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:CaSO4(s)+CO32﹣(aq)CaCO3(s)+SO42﹣(aq)平衡常数概念写出计算式,依据硫酸钙、碳酸钙溶度积常数的计算表达式,转化关系中钙离子相同计算分析
(1)“呆矿”,在水中存在沉淀溶解平衡:K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca2++2K++Mg2++4SO42﹣+2H2O,为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,氢氧根离子和镁离子结合生成氢氧化镁沉淀,同时钙离子增多,析出硫酸钙沉淀,所以滤渣中主要成分为CaSO4,Mg(OH)2,故答案为CaSO4;Mg(OH)2;
(2)Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因是氢氧化钙是饱和溶液,加入后氢氧根离子和镁离子结合生成氢氧化镁沉淀,促进平衡右移钙离子增多,饱和溶液中析出氢氧化钙,增多K+,故答案为氢氧根与镁离子结合使平衡向右移动,钾离子变多;
(3)“除杂”环节主要是除去钙离子,依据除杂原则不能引入新的杂质,根据制取的目的是制备硫酸钾,所以加入的试剂易于除去,不引入新的杂质,因此加入过量K2CO3除钙离子,过滤后加入硫酸至中性,除去碳酸钾,故答案为K2CO3;H2SO4;
(4)分析不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系,温度越高K+的浸出浓度越大,溶浸时间越短,反应速率越大,达到平衡越快,故图象中分析得到的结论为:温度越高,在同一时间K+的浸出浓度大;反应速率加快,平衡时溶浸时间短,
故答案为在同一时间K+的浸出浓度大;反应速率加快,平衡时溶浸时间短;
(5)溶浸过程中会发生:CaSO4(s)+CO32﹣(aq)CaCO3(s)+SO42﹣(aq),CaCO3(s)=Ca2++CO32﹣;CaSO4(s)=Ca2++SO42﹣;依据硫酸钙、碳酸钙溶度积常数的计算表达式,转化关系中钙离子相同计算,反应的平衡常数K==
=
=1.75×104,故答案为1.75×104.
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