Question

難溶性雜鹵石屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡
K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4+2H₂O
為能充分利用鉀資源，用飽和Ca（OH）₂溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如圖1：
（1）濾渣主要成分有______和______以及未溶雜鹵石．
（2）用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋Ca（OH）₂溶液能溶解雜鹵石浸出K⁺的原因：______．
（3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入______溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過(guò)濾，再加入______溶液調(diào)濾液PH至中性．
（4）不同溫度下，K⁺的浸出濃度與溶浸時(shí)間的關(guān)系是圖2，由圖可得，隨著溫度升高，①______②______；
（5）有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過(guò)程中會(huì)發(fā)生：CaSO₄（s）+?CaCO₃（s）+
已知298K時(shí)，Ksp（CaCO₃）=2.80×10^-9，Ksp（CaSO₄）=4.90×10^-5，求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K______  （計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據(jù)流程和制取目的，結(jié)合“呆礦”，在水中存在的平衡分析，加入飽和Ca（OH）₂溶液對(duì)平衡的影響分析判斷；
（2）依據(jù)氫氧化鈣和平衡狀態(tài)下的鎂離子結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，促進(jìn)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(zhì)，調(diào)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(diào)節(jié)；
（4）依據(jù)圖象分析，縱軸意義，曲線的變化，達(dá)到平衡需要的時(shí)間分析判斷；
（5）以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過(guò)程中會(huì)發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）平衡常數(shù)概念寫出計(jì)算式，依據(jù)硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，轉(zhuǎn)化關(guān)系中鈣離子相同計(jì)算分析．
解答：解：（1）“呆礦”，在水中存在沉淀溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+2H₂O，為能充分利用鉀資源，用飽和Ca（OH）₂溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，氫氧根離子和鎂離子結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，同時(shí)鈣離子增多，析出氫氧化鈣沉淀，所以濾渣中主要成分為Ca（OH）₂，Mg（OH）₂，故答案為：Ca（OH）₂；Mg（OH）₂；
（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(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，促進(jìn)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(jié)合使平衡向右移動(dòng)，鉀離子變多；
（3））“除雜”環(huán)節(jié)主要是除去鈣離子，依據(jù)除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，根據(jù)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(zhì)，因此加入過(guò)量K₂CO₃除鈣離子，過(guò)濾后加入硫酸至中性，除去碳酸鉀，故答案為：K₂CO₃；H₂SO₄；
（4）分析不同溫度下，K⁺的浸出濃度與溶浸時(shí)間的關(guān)系，溫度越高K⁺的浸出濃度越大，溶浸時(shí)間越短，反應(yīng)速率越大，達(dá)到平衡越快，故圖象中分析得到的結(jié)論為：溫度越高，在同一時(shí)間K⁺的浸出濃度大；反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)溶浸時(shí)間短，
故答案為：在同一時(shí)間K⁺的浸出濃度大；反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)溶浸時(shí)間短；
（5）溶浸過(guò)程中會(huì)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(jù)硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，轉(zhuǎn)化關(guān)系中鈣離子相同計(jì)算，反應(yīng)的平衡常數(shù)K====1.75×10⁴，故答案為：1.75×10⁴．
點(diǎn)評(píng)：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(yīng)用，圖象分析判斷方法，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，溶度積的計(jì)算分析，沉淀轉(zhuǎn)化的判斷，題目難度中等．