Question

（17分）（2012?广东）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++4+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）不同温度下，K+的浸出浓度与溶浸时间的关系是图2，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）+?CaCO3（s）+

已知298K时，Ksp（CaCO3）=2.80×10﹣9，Ksp（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

（1）CaSO4；Mg（OH）2（2）氢氧根与镁离子结合使平衡向右移动，钾离子变多（3）K2CO3；H2SO4（4）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（5）1.75×104

【解析】（1）依据流程和制取目的，结合“呆矿”，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）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；

（5）以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO4（s）+CO32﹣（aq）?CaCO3（s）+SO42﹣（aq）平衡常数概念写出计算式，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分析．

【解析】
（1）“呆矿”，在水中存在沉淀溶解平衡：K2SO4?MgSO4?2CaSO4?2H2O（s）?2Ca2++2K++Mg2++4SO42﹣+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）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；

（5）溶浸过程中会发生：CaSO4（s）+CO32﹣（aq）?CaCO3（s）+SO42﹣（aq），CaCO3（s）=Ca2++CO32﹣；CaSO4（s）=Ca2++SO42﹣；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====1.75×104，故答案为：1.75×104．