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(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(huì)發(fā)生：CaSO₄(s)＋CO₃^2-CaCO₃(s)＋SO₄^2-。已知298 K時(shí)，K_sp(CaCO₃)＝2.80×10^－9，K_sp(CaSO₄)＝4.90×10^－5，計(jì)算此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)，K＝                                  。

Answer 1

（1）Mg(OH)₂(1分)      （2）加入Ca(OH)₂溶液，Mg^2＋與OH^－結(jié)合生成Mg(OH)₂沉淀，Mg^2＋濃度減小，平衡正向移動(dòng)，K^＋增多(2分)   （3）K₂CO₃(1分)   H₂SO₄(1分)
（4）①溶浸平衡向右移動(dòng)(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(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(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，促進(jìn)平衡右移，增多K⁺。
（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(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：①溶浸平衡向右移動(dòng)；②K^＋的溶浸速率增大。
（5）溶浸過程中會(huì)發(fā)生反應(yīng)CaSO₄(s)＋CO₃^2-CaCO₃(s)＋SO₄^2-，CaCO₃(s)Ca²⁺+CO₃^2-；CaSO₄(s)Ca²⁺+SO₄^2-；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。