Question

1．資源綜合利用既符合綠色化學理念，也是經濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑．一種難溶
的廢棄礦渣雜鹵石，其主要成分可表示為：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
為了充分利用鉀資源，一種溶浸雜鹵石制備K₂S0₄工藝流程如圖：

（1）操作①名稱是過濾；
（2）用化學平衡移動原理解釋：Ca（OH）₂溶液能溶解出雜鹵石中K^十的原因：Mg²⁺轉化成Mg（OH）₂沉淀，Ca²⁺轉化為CaSO₄沉淀，使平衡右移，促使雜鹵石溶解
（3）除雜質環(huán)節(jié)，為了除去Ca²⁺，可先加人K₂CO₃溶液，經攪拌等操作后，過濾，再向
濾液中滴加稀H₂ S0₄，調節(jié)溶液pH至中性；（填“酸性”、“中性”或“堿性”）
（4）操作②的步驟包括（填操作過程）：、蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）有人用可溶性碳酸鹽為溶浸劑，其浸溶原理可表示為：
CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+so₄^2-（aq）
已知常溫下：K_SP（CaCO₃）=2.80×10^-9  K_SP（CaSO₄）=4.95×10^-5
則常溫下該反應的平衡常數K=1.75×10⁴．

Answer 1

分析 （1）過濾分離不溶性固體和液體；
（2）依據氫氧化鈣和平衡狀態(tài)下的鎂離子結合生成氫氧化鎂沉淀，促進平衡右移分析；
（3）“除雜”環(huán)節(jié)中主要是除去鈣離子，但不能引入新的雜質，調節(jié)溶液PH呈中性，除去加入的碳酸鉀，得到較純凈的硫酸鉀，需要加入硫酸調節(jié)；
（4）實驗操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥；
（5）以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）平衡常數概念寫出計算式，依據硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數的計算表達式，轉化關系中鈣離子相同計算分析．

解答 解：（1）分離不溶性固體和液體用過濾，故答案為：過濾；
（2）Ca（OH）₂溶液能溶解雜鹵石浸出K⁺的原因是氫氧化鈣是飽和溶液，加入后氫氧根離子和鎂離子結合生成氫氧化鎂沉淀，促進平衡右移鈣離子增多，飽和溶液中析出氫氧化鈣，增多K⁺，故答案為：氫氧根與鎂離子結合使平衡向右移動，鉀離子變多；
（3）“除雜”環(huán)節(jié)主要是除去鈣離子，依據除雜原則不能引入新的雜質，根據制取的目的是制備硫酸鉀，所以加入的試劑易于除去，不引入新的雜質，因此加入過量K₂CO₃除鈣離子，過濾后加入硫酸至中性，除去碳酸鉀，故答案為：K₂CO₃；中性；
（4）實驗操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥步驟得到，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（5）溶浸過程中會發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），CaCO3（s）=Ca²⁺+CO₃^2-；CaSO₄（s）=Ca²⁺+SO₄^2-；依據硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數的計算表達式，轉化關系中鈣離子相同計算，反應的平衡常數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，故答案為：1.75×10⁴．

點評 本題考查了沉淀溶解平衡的影響因素分析判斷，流程分析，分離提純的方法應用，圖象分析判斷方法，平衡常數的計算應用，沉淀轉化的判斷，題目難度中等．