Question

精制氯化鉀在工業上可用于制備各種含鉀的化合物。完成下列填空：
（1）工業氯化鉀中含有Fe³⁺、SO₄^2—、Br^—等雜質離子，可按如下步驟進行精制，完成各步內容。
①溶解；②加入試劑至Fe³⁺、SO₄^2—沉淀完全，煮沸；③_____________________；④加入鹽酸調節pH；
⑤___________________（除Br^—）；⑥蒸干灼燒。
步驟②中，依次加入的沉淀劑是NH₃·H₂O、________、________。
證明Fe³⁺已沉淀完全的操作是_________________________________________________。
（2）有人嘗試用工業制純堿原理來制備K₂CO₃。他向飽和KCl溶液中依次通入足量的______和______兩種氣體，充分反應后有白色晶體析出。將得到的白色晶體洗滌后灼燒，結果無任何固體殘留，且產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁。
寫出生成白色晶體的化學方程式：___________________________________________。
分析該方法得不到K₂CO₃的原因可能是_______________________________________。
（3） 用氯化鉀制備氫氧化鉀的常用方法是離子交換膜電解法。氫氧化鉀在_________極區產生。為了避免兩極產物間發生副反應，位于電解槽中間的離子交換膜應阻止_______（填“陰”、“陽”或“所有”）離子通過。
（4）科學家最近開發了一種用氯化鉀制氫氧化鉀的方法。其反應可分為5步（若干步已合并，條件均省略）。請寫出第⑤步反應的化學方程式。
第①、②步（合并）：2KCl + 4HNO₃→ 2KNO₃ + Cl₂ + 2NO₂ + 2H₂O
第③、④步（合并）：4KNO₃ + 2H₂O → 4KOH + 4NO₂ + O₂
第⑤步：____________________________________________
總反應：4KCl + O₂ + 2H₂O → 4KOH + 2Cl₂
與電解法相比，該方法的優勢可能是______________。

Answer 1

（本題共12分）（1）過濾（1分）；通入足量的Cl₂（1分） BaCl₂（1分）、K₂CO₃（1分）；取樣，滴加KSCN溶液，無明顯現象（1分）；
（2）NH₃、CO₂（共1分）NH₃ + CO₂ + H₂O → NH₄HCO₃↓（1分）
KHCO₃溶解度較大（大于NH₄HCO₃），無法從溶液中析出（1分）
（3）陰（1分）；陰（1分） （4）4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃（1分）能耗低（節能）（1分）

解析試題分析：（1）當沉淀完全后，需要通過過濾分離出沉淀；溴離子具有還原性，又因為不能引入新的雜質，所以可以通入足量氯氣除去溴離子；氨水除去鐵離子，SO₄^2－應該有Ba^2＋除去，過量的Ba^2＋用碳酸鉀除去，過濾后加入鹽酸酸化即可除去過量的碳酸鉀；鐵離子檢驗一般用KSCN溶液，所以證明Fe³⁺已沉淀完全的操作是取樣，滴加KSCN溶液，無明顯現象。
（2）根據侯氏制堿法原理可知，應該向飽和KCl溶液中依次通入足量的氨氣后CO₂。將得到的白色晶體洗滌后灼燒，結果無任何固體殘留，且產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁，這說明該晶體一定不是碳酸氫鉀，而是碳酸氫銨，因此生成碳酸氫銨的化學方程式是NH₃+CO₂+H₂O→NH₄HCO₃↓。由于KHCO₃溶解度較大（大于NH₄HCO₃），無法從溶液中析出，因此得不到碳酸氫鉀，故而也得不到碳酸鉀。
（3）惰性電極電解氯化鉀溶液時，氯離子在陽極放電，生成氯氣。陰極是氫離子放電生成氫氣，同時破壞了陰極周圍水的電離平衡，所以氫氧化鉀在陰極區產生。由于陽極生成的氯氣能和氫氧化鉀反應生成氯化鉀、次氯酸鉀和水，所以要防止該副反應發生，應該阻止OH^－向陽極移動，所以位于電解槽中間的離子交換膜應阻止陰離子通過。
（4）根據已知反應2KCl + 4HNO₃→ 2KNO₃ + Cl₂ + 2NO₂ + 2H₂O、4KNO₃ + 2H₂O → 4KOH + 4NO₂ + O₂陽極總反應式4KCl + O₂ + 2H₂O → 4KOH + 2Cl₂可知，硝酸和NO₂是多余的，因此第⑤步反應應該是NO₂生成硝酸的化合反應，即4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃。因此與電解法相比，該方法的優勢可能是能耗低（節能）。
考點：考查物質的分離與提純；鐵離子檢驗；侯氏制堿法；電解原理應用以及實驗方案設計與評價等