Question

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 （s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+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

 

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）过滤得到的母液中含有大量的

 

（填写化学式），溶液中离子浓度大小顺序为

 

，检验其中溶质阴离子的方法是

 

．
（5）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

 

；
②

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：实验设计题

分析：（1）依据流程和制取目的，结合杂卤石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）过滤得到的母液中含有大量的 K₂SO₄；因为K₂SO₄=2K⁺+SO₄^2-，溶液呈中性，则可推出溶液中离子浓度大小顺序，根据硫酸根离子的检验方法回答；
（5）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．

解答： 解：（1）杂卤石在水中存在沉淀溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+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，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）过滤得到的母液中含有大量的 K₂SO₄；因为K₂SO₄=2K⁺+SO₄^2-，溶液呈中性，则溶液中离子浓度大小顺序为 c（K⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），检验其中溶质阴离子硫酸根离子的方法是：取样，先加足量盐酸酸化，再加入氯化钡溶液，看是有产生白色沉淀，
故答案为：K₂SO₄，c（K⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）；取样，先加足量盐酸酸化，再加入氯化钡溶液，看是有产生白色沉淀；
（5）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．

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，溶度积的计算分析，沉淀转化的判断，题目难度中等．