Question

精制氯化钾在工业上可用于制备各种含钾的化合物。完成下列填空：
（1）工业氯化钾中含有Fe³⁺、SO₄^2—、Br^—等杂质离子，可按如下步骤进行精制，完成各步内容。
①溶解；②加入试剂至Fe³⁺、SO₄^2—沉淀完全，煮沸；③_____________________；④加入盐酸调节pH；
⑤___________________（除Br^—）；⑥蒸干灼烧。
步骤②中，依次加入的沉淀剂是NH₃·H₂O、________、________。
证明Fe³⁺已沉淀完全的操作是_________________________________________________。
（2）有人尝试用工业制纯碱原理来制备K₂CO₃。他向饱和KCl溶液中依次通入足量的______和______两种气体，充分反应后有白色晶体析出。将得到的白色晶体洗涤后灼烧，结果无任何固体残留，且产生的气体能使澄清石灰水变浑浊。
写出生成白色晶体的化学方程式：___________________________________________。
分析该方法得不到K₂CO₃的原因可能是_______________________________________。
（3） 用氯化钾制备氢氧化钾的常用方法是离子交换膜电解法。氢氧化钾在_________极区产生。为了避免两极产物间发生副反应，位于电解槽中间的离子交换膜应阻止_______（填“阴”、“阳”或“所有”）离子通过。
（4）科学家最近开发了一种用氯化钾制氢氧化钾的方法。其反应可分为5步（若干步已合并，条件均省略）。请写出第⑤步反应的化学方程式。
第①、②步（合并）：2KCl + 4HNO₃→ 2KNO₃ + Cl₂ + 2NO₂ + 2H₂O
第③、④步（合并）：4KNO₃ + 2H₂O → 4KOH + 4NO₂ + O₂
第⑤步：____________________________________________
总反应：4KCl + O₂ + 2H₂O → 4KOH + 2Cl₂
与电解法相比，该方法的优势可能是______________。

Answer 1

（本题共12分）（1）过滤（1分）；通入足量的Cl₂（1分） BaCl₂（1分）、K₂CO₃（1分）；取样，滴加KSCN溶液，无明显现象（1分）；
（2）NH₃、CO₂（共1分）NH₃ + CO₂ + H₂O → NH₄HCO₃↓（1分）
KHCO₃溶解度较大（大于NH₄HCO₃），无法从溶液中析出（1分）
（3）阴（1分）；阴（1分） （4）4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃（1分）能耗低（节能）（1分）

解析试题分析：（1）当沉淀完全后，需要通过过滤分离出沉淀；溴离子具有还原性，又因为不能引入新的杂质，所以可以通入足量氯气除去溴离子；氨水除去铁离子，SO₄^2－应该有Ba^2＋除去，过量的Ba^2＋用碳酸钾除去，过滤后加入盐酸酸化即可除去过量的碳酸钾；铁离子检验一般用KSCN溶液，所以证明Fe³⁺已沉淀完全的操作是取样，滴加KSCN溶液，无明显现象。
（2）根据侯氏制碱法原理可知，应该向饱和KCl溶液中依次通入足量的氨气后CO₂。将得到的白色晶体洗涤后灼烧，结果无任何固体残留，且产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，这说明该晶体一定不是碳酸氢钾，而是碳酸氢铵，因此生成碳酸氢铵的化学方程式是NH₃+CO₂+H₂O→NH₄HCO₃↓。由于KHCO₃溶解度较大（大于NH₄HCO₃），无法从溶液中析出，因此得不到碳酸氢钾，故而也得不到碳酸钾。
（3）惰性电极电解氯化钾溶液时，氯离子在阳极放电，生成氯气。阴极是氢离子放电生成氢气，同时破坏了阴极周围水的电离平衡，所以氢氧化钾在阴极区产生。由于阳极生成的氯气能和氢氧化钾反应生成氯化钾、次氯酸钾和水，所以要防止该副反应发生，应该阻止OH^－向阳极移动，所以位于电解槽中间的离子交换膜应阻止阴离子通过。
（4）根据已知反应2KCl + 4HNO₃→ 2KNO₃ + Cl₂ + 2NO₂ + 2H₂O、4KNO₃ + 2H₂O → 4KOH + 4NO₂ + O₂阳极总反应式4KCl + O₂ + 2H₂O → 4KOH + 2Cl₂可知，硝酸和NO₂是多余的，因此第⑤步反应应该是NO₂生成硝酸的化合反应，即4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃。因此与电解法相比，该方法的优势可能是能耗低（节能）。
考点：考查物质的分离与提纯；铁离子检验；侯氏制碱法；电解原理应用以及实验方案设计与评价等