Question

（17分）（2012?廣東）難溶性雜鹵石（K2SO4?MgSO4?2CaSO4?2H2O）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

（1）CaSO4；Mg（OH）2（2）氫氧根與鎂離子結(jié)合使平衡向右移動(dòng)，鉀離子變多（3）K2CO3；H2SO4（4）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）1.75×104

【解析】（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）+CO32﹣（aq）?CaCO3（s）+SO42﹣（aq）平衡常數(shù)概念寫(xiě)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．

【解析】
（1）“呆礦”，在水中存在沉淀溶解平衡：K2SO4?MgSO4?2CaSO4?2H2O（s）?2Ca2++2K++Mg2++4SO42﹣+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，析出硫酸鈣沉淀，所以濾渣中主要成分為CaSO4，Mg（OH）2，故答案為：CaSO4；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）+CO32﹣（aq）?CaCO3（s）+SO42﹣（aq），CaCO3（s）=Ca2++CO32﹣；CaSO4（s）=Ca2++SO42﹣；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．