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)2Ca^2＋＋2K^＋＋Mg^2＋＋4SO＋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，工艺流程如下：

(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)不同温度下，K^＋的浸出浓度与溶浸时间的关系见下图。由图可得，随着温度升高，①________________，②__________________。

(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)＋COCaCO₃(s)＋SO

已知298 K时，K_sp(CaCO₃)＝2.80×10^－9，K_sp(CaSO₄)＝4.90×10^－5，求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。

Answer 1

解析　解题时，要依据制备K₂SO₄的工艺流程，结合物质的分离与提纯的原则进行分析。

(1)杂卤石中加入Ca(OH)₂溶液，Mg^2＋与OH^－结合生成Mg(OH)₂沉淀，CaSO₄微溶于水，过滤后，滤渣中含有Mg(OH)₂、CaSO₄及未溶解的杂卤石。

(2)加入Ca(OH)₂溶液，Mg^2＋与OH^－结合生成Mg(OH)₂沉淀，使c(Mg^2＋)减小，杂卤石的溶解平衡正向移动，同时c(Ca^2＋)与c(SO)均增大，从而析出CaSO₄沉淀，K^＋留在滤液中。

(3)滤液中含有Ca^2＋、OH^－，可先加入过量K₂CO₃溶液，除去Ca^2＋，过滤后，再加入稀H₂SO₄调节溶液的pH至中性。

(4)由图可知，随着温度升高，溶浸平衡向右移动，K^＋的溶浸速率增大。

(5)CaSO₄(s)＋COCaCO₃(s)＋SO的平衡常数K＝。CaCO₃(s)、CaSO₄(s)分别存在溶解平衡：CaCO₃(s)Ca^2＋(aq)＋CO(aq)，CaSO₄(s)Ca^2＋(aq)＋SO(aq)，则有K_sp(CaCO₃)＝c(Ca^2＋)·c(CO)＝2.80×10^－9，K_sp(CaSO₄)＝c(Ca^2＋)·c(SO)＝4.90×

10^－5，那么K＝＝＝＝＝1.75×10⁴。

答案　(1)Mg(OH)₂　CaSO₄

(2)加入Ca(OH)₂溶液，Mg^2＋与OH^－结合生成Mg(OH)₂沉淀，Mg^2＋浓度减小，平衡正向移动，K^＋增多

(3)K₂CO₃　H₂SO₄

(4)①溶浸平衡向右移动　②K^＋的溶浸速率增大

(5)CaSO₄(s)＋COCaCO₃(s)＋SO的平衡常数K＝，据K_sp(CaSO₄)、K_sp(CaCO₃)可知，c(SO)＝，c(CO)＝，则有K＝＝＝＝1.75×10⁴。

方法技巧　要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。