Question

（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

SO

2- 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

CaSO₄

和

Mg（OH）₂

以及未溶雜鹵石．
（2）用化學平衡移動原理解釋Ca（OH）₂溶液能溶解雜鹵石浸出K⁺的原因：

氫氧根與鎂離子結合使平衡向右移動，鉀離子變多

．
（3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入

K₂CO₃

溶液，經攪拌等操作后，過濾，再加入

H₂SO₄

溶液調濾液PH至中性．
（4）不同溫度下，K⁺的浸出濃度與溶浸時間的關系是圖2，由圖可得，隨著溫度升高，①

在同一時間K⁺的浸出濃度大

②

反應速率加快，平衡時溶浸時間短

；
（5）有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發(fā)生：CaSO₄（s）+

CO

2- 3

?CaCO₃（s）+

SO

2- 4

已知298K時，Ksp（CaCO₃）=2.80×10^-9，Ksp（CaSO₄）=4.90×10^-5，求此溫度下該反應的平衡常數K

1.75×10⁴

  （計算結果保留三位有效數字）．

Answer 1

分析：（1）依據流程和制取目的，結合“呆礦”，在水中存在的平衡分析，加入飽和Ca（OH）₂溶液對平衡的影響分析判斷；
（2）依據氫氧化鈣和平衡狀態(tài)下的鎂離子結合生成氫氧化鎂沉淀，促進平衡右移分析；
（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，調節(jié)溶液PH呈中性，除去加入的碳酸鉀，得到較純凈的硫酸鉀，需要加入硫酸調節(jié)；
（4）依據圖象分析，縱軸意義，曲線的變化，達到平衡需要的時間分析判斷；
（5）以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）平衡常數概念寫出計算式，依據硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數的計算表達式，轉化關系中鈣離子相同計算分析．

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合生成氫氧化鎂沉淀，同時鈣離子增多，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合生成氫氧化鎂沉淀，促進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：氫氧根與鎂離子結合使平衡向右移動，鉀離子變多；
（3））“除雜”環(huán)節(jié)主要是除去鈣離子，依據除雜原則不能引入新的雜質，根據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，因此加入過量K₂CO₃除鈣離子，過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間的關系，溫度越高K⁺的浸出濃度越大，溶浸時間越短，反應速率越大，達到平衡越快，故圖象中分析得到的結論為：溫度越高，在同一時間K⁺的浸出濃度大；反應速率加快，平衡時溶浸時間短，
故答案為：在同一時間K⁺的浸出濃度大；反應速率加快，平衡時溶浸時間短；
（5）溶浸過程中會發(fā)生：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），CaCO3（s）=Ca²⁺+CO₃^2-；CaSO₄（s）=Ca²⁺+SO₄^2-；依據硫酸鈣、碳酸鈣溶度積常數的計算表達式，轉化關系中鈣離子相同計算，反應的平衡常數K=

c(SO42-)

c(CO32-)

=

Ksp(CaSO4)

Ksp(CaCO3)

=

4.90×10-5

2.80×10-9

=1.75×10⁴，故答案為：1.75×10⁴．

點評：本題考查了沉淀溶解平衡的影響因素分析判斷，流程分析，分離提純的方法應用，圖象分析判斷方法，平衡常數的計算應用，溶度積的計算分析，沉淀轉化的判斷，題目難度中等．