Question

難溶性雜鹵石(K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O)屬于“呆礦”，在水中存在如下溶解平衡：
K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O(s)2Ca^2＋＋2K^＋＋Mg^2＋＋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，工藝流程如下：

（1）濾渣主要成分有________和CaSO₄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：
                                                                                     。
（3）“除雜”環節中，先加入            溶液，經攪拌等操作后，過濾，再加入        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見右圖。由圖可得，隨著溫度升高，
①                                     ，
②                                      ，

③溶浸出的K^＋的平衡濃度增大。
（5）有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發生：CaSO₄(s)＋CO₃^2-CaCO₃(s)＋SO₄^2-。已知298 K時，K_sp(CaCO₃)＝2.80×10^－9，K_sp(CaSO₄)＝4.90×10^－5，計算此溫度下該反應的平衡常數，K＝                                  。

Answer 1

（1）Mg(OH)₂(1分)      （2）加入Ca(OH)₂溶液，Mg^2＋與OH^－結合生成Mg(OH)₂沉淀，Mg^2＋濃度減小，平衡正向移動，K^＋增多(2分)   （3）K₂CO₃(1分)   H₂SO₄(1分)
（4）①溶浸平衡向右移動(1分) ②K^＋的溶浸速率增大(1分)   （5） K＝1.75×10⁴。(2分)

試題分析：（1）“呆礦”在水中存在沉淀溶解平衡K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O(s)2Ca^2＋＋2K^＋＋Mg^2＋＋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Mg(OH)₂和CaSO₄以及未溶雜鹵石。
（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，增多K⁺。
（3））“除雜”環節主要是除去鈣離子，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，除去碳酸鉀即可。
（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：①溶浸平衡向右移動；②K^＋的溶浸速率增大。
（5）溶浸過程中會發生反應CaSO₄(s)＋CO₃^2-CaCO₃(s)＋SO₄^2-，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＝＝＝＝＝1.75×10⁴。