Question

3．柴达木盆地以青藏高原“聚宝盆”之誉蜚声海内外，它有富足得令人惊讶的盐矿资源．液体矿床以钾矿为主，伴生着镁、溴等多种矿产．某研究性学习小组拟取盐湖苦卤的浓缩液（富含K⁺、Mg²⁺、Br^-、SO₄^2-、Cl^-等），来制取较纯净的氯化钾晶体及液溴（Br₂），他们设计了如图1流程：

请根据以上流程，回答相关问题：
（1）操作②的所需的主要仪器是分液漏斗．
（2）参照图2溶解度曲线，得到的固体A的主要成分是MgSO₄（填化学式）．
（3）同学甲提出一些新的方案，对上述操作②后无色溶液进行除杂提纯，其方案如下：
【有关资料】

化学式	BaCO3	BaSO4	Ca（OH）2	MgCO3	Mg（OH）2
Ksp	8.1×10一9	1.08×10一10	1.0×10一4	3.5×10一5	1.6×10一11

【设计除杂过程】

①已知试剂B是K₂CO₃溶液，则混合液A的主要成分是Ba（OH）₂（或BaCl₂和KOH）（填化学式）．
【获取纯净氯化钾】
②对溶液B加热并不断滴加l mol•L^一1的盐酸溶液，同时用pH试纸检测溶液，直至pH=5时停止加盐酸，得到溶液C．该操作的目的是加盐酸调节至pH=5目的是除去未反应的OH^-和CO₃^2-．
③将溶液C倒入 蒸发皿中，加热蒸发并用玻璃棒不断搅拌，直到出现较多晶体，剩余较少水时时（填现象），停止加热．
【问题讨论】
④进行操作⑤中控制溶液pH=12可确保Mg²⁺除尽，根据提供的数据计算，此时溶液B中Mg²⁺物质的量浓度为1.6×10^-7mol/L．

Answer 1

分析 该实验流程是：向富含K⁺、Mg²⁺、Br^-、SO₄^2-、Cl^-的混合物中加入氧化剂，将溴离子氧化为溴单质，再加入四氯化碳萃取剂将混合物中的溴单质提取出来，对于剩余的混合物，加入氢氧化剂和氯化钡将镁离子和硫酸根离子沉淀下来，为保证沉淀干净，所加试剂过量，最后多余的氢氧根离子和碳酸根离子在加入盐酸将之反应掉．由溶解度图象知，将得到的溶液进行蒸发浓缩至90℃后进行结晶，再将固液不相溶的物质进行分离的操作叫过滤，此时所用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗；在90℃时得到的固体A为MgSO₄，而30℃时得到的固体B为KCl，所以应用冷水洗涤固体B，才可以得到较纯净的氯化钾．在减压条件下进行过滤，可使过滤的速度加快．
（1）实现溴和水溶液的分离可以加萃取剂来萃取分液，实现互溶液体的分离采用蒸馏的方法，根据过滤仪器来选择合适的仪器；
（2）由实验目的制取较纯净的氯化钾晶体可知，要除掉无色溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-，因此固体A为硫酸镁；
（3）①在提纯时，加入氢氧化钾、氯化钡可以分别将镁离子以及硫酸根离子除去；
②除去杂质离子时，为保证除净，加入的试剂是过量的，最后加盐酸可以除去多余的碳酸根和氢氧根；
③根据蒸发结晶实验的原则：当出现较多晶体，剩余较少水时，停止加热，用余热蒸干；
④为保证沉淀的彻底，要将混合物加热，使沉淀颗粒增大，根据Ksp=[Mg²⁺][OH^-]²来计算回答．

解答 解：（1）实现溴单质和其他水溶液的分离可以加萃取剂四氯化碳萃取分液，所以操作①的名称是萃取，操作②名称是分液，实现互溶液体溴的四氯化碳溶液的分离采用蒸馏的方法，用到的玻璃仪器有：分液漏斗，
故答案为：分液漏斗；   
（2）由实验目的制取较纯净的氯化钾晶体可知，要除掉无色溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-，因此固体A为硫酸镁，
故答案为：MgSO₄ ；
（3）①在提纯时，加入氢氧化钾、氯化钡可以分别将镁离子以及硫酸根离子除去，除去杂质离子时，为保证除净，加入的试剂是过量的，所以混合液A的主要成分是BaCl₂和KOH，故答案为：Ba（OH）₂（或BaCl₂和KOH）；
 ②在提纯时，加入氢氧化钾、氯化钡可以分别将镁离子以及硫酸根离子除去，除去杂质离子时，为保证除净，加入的试剂是过量的，最后加盐酸可以除去多余的碳酸根和氢氧根，
故答案为：加盐酸调节至pH=5目的是除去未反应的OH^-和CO₃^2-；
③根据蒸发结晶实验的原则：在蒸发皿中，当出现较多晶体，剩余较少水时，停止加热，用余热蒸干，
故答案为：出现较多晶体，剩余较少水时；
④为保证沉淀的彻底，要将混合物加热，使沉淀颗粒增大，根据Ksp=[Mg²⁺][OH^-]²，则溶解B中Mg²⁺物质的量浓度c=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.6×1{0}^{-11}}{（1{0}^{-2}）^{2}}$=1.6×10^-7mol/L，
故答案为：1.6×10^-7mol/L．

点评 本题是一道有关粗盐提纯知识的综合实验题目，要求学生具有分析和解决问题的能力，综合性很强，难度中等．