Question

19．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过滤；④加入盐酸调节pH；⑤通入足量的Cl₂（除Br^-）；⑥蒸干灼烧．
步骤②中，依次加入的沉淀剂是NH₃•H₂O、BaCl₂、K₂CO₃．
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）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NH₃和CO₂两种气体，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：NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃↓．
分析该方法得不到K₂CO₃的原因可能是KHCO₃溶解度较大（大于NH₄HCO₃），无法从溶液中析出．
（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．氢氧化钾在阴极区产生．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阴（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：4NO₂+O₂+2H₂O→4HNO₃
总反应：4KCl+O₂+2H₂O→4KOH+2Cl₂与电解法相比，该方法的优势可能是能耗低（节能）．

Answer 1

分析 （1）氯化钾中含有Fe³⁺、SO₄^2-、Br^-等杂质离子，将样品溶解后先加入NH₃•H₂O除去铁离子、再加入氯化钡除去硫酸根离子，再加入碳酸钾溶液除去钡离子，煮沸得氢氧化铁沉淀和硫酸钡、碳酸钡，过滤，滤液中加入盐酸调节pH值，通入足量的氯气，置换出溴离子，蒸干灼烧得氯化钾，根据Fe³⁺与KSCN溶液会出现血红色，可以证明Fe³⁺沉淀完全；
（2）根据工业制纯碱原理可知，向饱和KCl溶液中依次通入足量的氨气和二氧化碳，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，则得到的固体应为碳酸氢铵，得不到K₂CO₃的原因可能是KHCO₃溶解度大于NH₄HCO₃，所以固体先析出NH₄HCO₃；
（3）电解氯化钾溶液阳极上是溶液中氯离子失电子生成氯气，阴极上是氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大，氢氧化钾在阴极区产生；
（4）用氯化钾制氢氧化钾，根据反应2KCl+4HNO₃→2KNO₃+Cl₂+2NO₂+2H₂O及4KNO₃+2H₂O→4KOH+4NO₂+O₂可知，再将二氧化氮和氧气转化成硝酸即可得总反应4KCl+O₂+2H₂O→4KOH+2Cl₂，根据这一方法中的能耗答题．

解答 解：（1）氯化钾中含有Fe³⁺、SO₄^2-、Br^-等杂质离子，将样品溶解后先加入NH₃•H₂O除去铁离子、再加入氯化钡除去硫酸根离子，再加入碳酸钾溶液除去钡离子，煮沸得氢氧化铁沉淀和硫酸钡、碳酸钡，过滤，滤液中加入盐酸调节pH值，通入足量的氯气，置换出溴离子，蒸干灼烧得氯化钾，根据Fe³⁺与KSCN溶液会出现血红色，可以证明Fe³⁺沉淀是否完全，其操作为取样，滴加KSCN溶液，无明显现象，证明Fe³⁺已沉淀完全，
故答案为：过滤；通入足量的Cl₂； BaCl₂；K₂CO₃；取样，滴加KSCN溶液，无明显现象；
（2）根据工业制纯碱原理可知，向饱和KCl溶液中依次通入足量的氨气和二氧化碳，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，则得到的固体应为碳酸氢铵，反应的方程式为NH₃+CO₂+H₂O→NH₄HCO₃↓，得不到K₂CO₃的原因可能是KHCO₃溶解度大于NH₄HCO₃，所以固体先析出NH₄HCO₃，
故答案为：NH₃；CO₂；NH₃+CO₂+H₂O→NH₄HCO₃↓；KHCO₃溶解度较大（大于NH₄HCO₃），无法从溶液中析出；
（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．阳极上是溶液中氯离子失电子生成氯气，阴极上是氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大，氢氧化钾在阴极区产生，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阴离子通过，
故答案为：阴；阴；
（4）用氯化钾制氢氧化钾，根据反应2KCl+4HNO₃=2KNO₃+Cl₂+2NO₂+2H₂O及4KNO₃+2H₂O=4KOH+4NO₂+O₂可知，再将二氧化氮和氧气转化成硝酸即可得总反应4KCl+O₂+2H₂O=4KOH+2Cl₂，所以第⑤步反应为4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，在这一方法中的能耗低（节能），
故答案为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃；能耗低（节能）．

点评 本题主要考查了混合物的分离和提纯，难度中等，注意常见元素化合物知识与化学实验基本操作的灵活运用．