Question

14．难溶性杂卤石（K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O）属于“呆矿”，在水中存在如下平衡
K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O（g）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO${\;}_{4}^{2-}$+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CaSO₄和Mg（OH）₂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：氢氧根与镁离子结合，使平衡向右移动，K⁺变多．
（3）“除杂”环节中，先加入K₂CO₃溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入H₂SO₄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如图2，由图可得，随着温度升高，①在同一时间K+的浸出浓度大②反应的速率加快，平衡时溶浸时间缩短
（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）+CO${\;}_{3}^{2-}$?CaCO₃（s）+SO${\;}_{4}^{2-}$．已知298K时，Ksp（CaCO₃）=2.80×10^-9，Ksp（CaSO₄）=4.90×10^-5，则此温度下该反应的平衡常数K为1.75×10⁴
（计算结果保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 杂卤石在水中存在如下溶解平衡：K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O（s）?2 Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4 SO₄^2-+2H₂O，向杂卤石中加入Ca（OH）₂溶液，氢氧根离子和镁离子反应生成更难溶的Mg（OH）₂沉淀，钙离子和硫酸根离子浓度达到一定程度时生成CaSO₄沉淀，所以得到的滤渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的杂卤石，滤液中含有Ca²⁺、K⁺、OH^-、SO₄^2-，向滤液中加入过量K₂CO₃，除去溶液中的Ca²⁺，然后再加入稀硫酸除去过量的CO₃^2-，调节溶液的pH得到较纯净的硫酸钾，然后将溶液蒸发浓缩得到硫酸钾晶体，以此解答该题．

解答 解：杂卤石在水中存在如下溶解平衡：K₂SO₄•MgSO₄•2CaSO₄•2H₂O（s）?2 Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4 SO₄^2-+2H₂O，向杂卤石中加入Ca（OH）₂溶液，氢氧根离子和镁离子反应生成更难溶的Mg（OH）₂沉淀，钙离子和硫酸根离子浓度达到一定程度时生成CaSO₄沉淀，所以得到的滤渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的杂卤石，滤液中含有Ca²⁺、K⁺、OH^-、SO₄^2-，向滤液中加入过量K₂CO₃，除去溶液中的Ca²⁺，然后再加入稀硫酸除去过量的CO₃^2-，调节溶液的pH得到较纯净的硫酸钾，然后将溶液蒸发浓缩得到硫酸钾晶体，
（1）通过以上分析知，滤渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的杂卤石，
故答案为：CaSO₄；Mg（OH）₂；
（2）加入Ca（OH）₂溶液，Ca（OH）₂电离生成的氢氧根离子和镁离子反应生成Mg（OH）₂沉淀，从而减小镁离子浓度，导致固体溶解，所以K⁺增多，
故答案为：氢氧根与镁离子结合，使平衡向右移动，K⁺变多；
（3）除杂环节中，要加入过量的K₂CO₃除去钙离子、加入稀硫酸除去过量的K₂CO₃，故答案为：K₂CO₃；H₂SO₄；
（4）不同温度下，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：①在同一时间K+的浸出浓度大；②反应的速率加快，平衡时溶浸时间缩短；
（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=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（{C}_{a}S{O}_{4}）}{Ksp（{C}_{a}C{O}_{3}）}$=$\frac{4.90×1{0}^{-5}}{2.80×1{0}^{-9}}$=1.75×10⁴，故答案为：1.75×10⁴．

点评 本题考查物质的分离、提纯，为高考常见题型，题目涉及难溶物的溶解平衡，明确难溶物溶解平衡移动原理是解本题关键，答题时注意会从整体上分析流程中各个步骤发生的反应、操作方法，难点是除杂剂的选取及滴加顺序，题目难度中等．