Question

难溶性杂卤石（K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O）属于“呆矿”，在水中存在如下溶解平衡：
K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4SO₄^2-+2H₂O
为充分利用钾资源，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CaSO₄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图．由图可得，随着温度升高，

①

 

；
②溶浸出的K⁺的平衡浓度增大
（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）+CO₃^2-?CaCO₃（s）+SO₄^2-已知298K时，K_sp（CaCO₃）=2.80×10^-9，K_sp（CaSO₄）=4.90×10^-5，计算此温度下该反应的平衡常数，K=

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,化学平衡常数的含义,制备实验方案的设计

专题：实验设计题,化学平衡专题

分析：杂卤石在水中存在如下溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2 Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4 SO₄^2-+2H₂O
，向杂卤石中加入Ca（OH）₂溶液，氢氧根离子和镁离子反应生成更难溶的Mg（OH）₂沉淀，钙离子和硫酸根离子浓度达到一定程度时生成CaSO₄沉淀，所以得到的滤渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的杂卤石，滤液中含有Ca²⁺、K⁺、OH^-、SO₄^2-，向滤液中加入过量K₂CO₃，除去溶液中的Ca²⁺，然后再加入稀硫酸除去过量的Ca²⁺，条件溶液的pH得到较纯净的硫酸钾，然后将溶液蒸发浓缩得到硫酸钾晶体，据此分析解答．

解答： 解：杂卤石在水中存在如下溶解平衡：K₂SO₄?MgSO₄?2CaSO₄?2H₂O（s）?2 Ca²⁺+2K⁺+Mg²⁺+4 SO₄^2-+2H₂O，向杂卤石中加入Ca（OH）₂溶液，氢氧根离子和镁离子反应生成更难溶的Mg（OH）₂沉淀，钙离子和硫酸根离子浓度达到一定程度时生成CaSO₄沉淀，所以得到的滤渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的杂卤石，滤液中含有Ca²⁺、K⁺、OH^-、SO₄^2-，向滤液中加入过量K₂CO₃，除去溶液中的Ca²⁺，然后再加入稀硫酸除去过量的Ca²⁺，条件溶液的pH得到较纯净的硫酸钾，然后将溶液蒸发浓缩得到硫酸钾晶体，
（1）通过以上分析知，滤渣成分是Mg（OH）₂、CaSO₄和未溶解的杂卤石，故答案为：Mg（OH）₂；
（2）加入Ca（OH）₂溶液，Ca（OH）₂电离生成的氢氧根离子和镁离子反应生成Mg（OH）₂沉淀，从而减小镁离子浓度，导致固体溶解，所以K⁺增多，
故答案为：加入Ca（OH）₂溶液，Mg²⁺与OH^-结合生成Mg（OH）₂沉淀，Mg²⁺浓度减小，平衡正向移动，K⁺增多；
（3）除杂环节中，要加入过量的K₂CO₃除去钙离子、加入稀硫酸除去过量的K₂CO₃，故答案为：K₂CO₃；稀硫酸；
（4）根据图象知，温度越高，钾离子溶浸速率增大，溶浸出的钾离子平衡浓度越大，故答案为：①溶浸平衡向右移动，K⁺的溶浸速率增大；
（5）该温度下，该反应的平衡常数K=

c(SO42-)

c(CO32-)

=

Ksp(CaSO4)

Ksp(CaCO3)

=

4.90×10-5

2.80×10-9

=1.75×10⁴，故答案为：1.75×10⁴．

点评：本题侧重考查难溶物的溶解平衡，明确难溶物溶解平衡移动原理是解本题关键，会从整体上分析流程中各个步骤发生的反应、操作方法，难点是除杂剂的选取及滴加顺序，题目难度中等．