Question

1．资源综合利用既符合绿色化学理念，也是经济可持续发展的有效途径．一种难溶
的废弃矿渣杂卤石，其主要成分可表示为：K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O，已知它在水溶液中存在如下平衡：
K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O?2K⁺+4SO₄^2-+Mg²⁺+2Ca²⁺+2H₂O
为了充分利用钾资源，一种溶浸杂卤石制备K₂S0₄工艺流程如图：

（1）操作①名称是过滤；
（2）用化学平衡移动原理解释：Ca（OH）₂溶液能溶解出杂卤石中K^十的原因：Mg²⁺转化成Mg（OH）₂沉淀，Ca²⁺转化为CaSO₄沉淀，使平衡右移，促使杂卤石溶解
（3）除杂质环节，为了除去Ca²⁺，可先加人K₂CO₃溶液，经搅拌等操作后，过滤，再向
滤液中滴加稀H₂ S0₄，调节溶液pH至中性；（填“酸性”、“中性”或“碱性”）
（4）操作②的步骤包括（填操作过程）：、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（5）有人用可溶性碳酸盐为溶浸剂，其浸溶原理可表示为：
CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+so₄^2-（aq）
已知常温下：K_SP（CaCO₃）=2.80×10^-9  K_SP（CaSO₄）=4.95×10^-5
则常温下该反应的平衡常数K=1.75×10⁴．

Answer 1

分析 （1）过滤分离不溶性固体和液体；
（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）实验操作是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥；
（5）以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（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．

解答 解：（1）分离不溶性固体和液体用过滤，故答案为：过滤；
（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；中性；
（4）实验操作是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥步骤得到，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）溶浸过程中会发生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），CaCO3（s）=Ca²⁺+CO₃^2-；CaSO₄（s）=Ca²⁺+SO₄^2-；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=$\frac{c（S{O}_{4}{\;}^{2-）}}{c（CO{\;}_{3}{\;}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaSO{\;}_{4}）}{Ksp（CaCO{\;}_{3}）}$=$\frac{4.90×10{\;}^{-5}}{2.80×10{\;}^{-9}}$=1.75×10⁴，故答案为：1.75×10⁴．

点评 本题考查了沉淀溶解平衡的影响因素分析判断，流程分析，分离提纯的方法应用，图象分析判断方法，平衡常数的计算应用，沉淀转化的判断，题目难度中等．