Question

【題目】某廢液中含有大量的K+、Cl-、Br-，還有少量的Ca2+、Mg2+、SO42-。某研究性學習小組利用這種廢液來制取較純凈的氯化鉀晶體及液溴（Br2常溫下是深紅棕色液體），設計了如下流程圖：

已知：可供選擇的試劑 a、試劑b（試劑 b代表一組試劑）如下：飽和Na2CO3溶液、飽和K2CO3溶液、KOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、H2O2溶液(H＋)、KMnO4溶液(H＋)、稀鹽酸。請根據流程圖，回答相關問題：

（1）若試劑a為H2O2溶液(H＋)，已知H2O2 + 2KBr + 2HCl = Br2 + 2H2O + 2KCl

①發生反應的離子方程式為：__________；

②每消耗0.2molH2O2，反應轉移的電子數為______mol；

③還原劑和還原產物的物質的量之比是_______；

（2）操作①②③④⑤對應的名稱分別是：______、分液、_____、過濾、______ ；

（3）為了除去無色液體I中的Ca2+、Mg2+、SO42-，從可供選擇的試劑中選出試劑b所代表的物質，按滴加順序依次是____、____、____（填化學式）；

（4）調pH=7是為了除去雜質離子________和_________，以提高氯化鉀晶體的純度；

（5）操作⑤中用到的瓷質儀器名稱是_________ 。

Answer 1

【答案】H2O2 + 2Br－ + 2H+ = Br2 + 2H2O 0.4 1：1 萃取 蒸餾 蒸發結晶 BaCl2 KOH K2CO3 OH－ CO32－ 蒸發皿

【解析】

根據圖示可知，制備流程為：廢液中加入雙氧水，將溴離子氧化成溴單質，然后加入四氯化碳后通過萃取、分液分離出溴，通過操作③蒸餾得到四氯化碳和溴單質；無色液體Ⅰ中含有K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-，分別加入BaCl2、K2CO3、KOH溶液過濾后得到無色溶液Ⅱ和固體A，再調節溶液Ⅱ的pH萃取碳酸根離子、氫氧根離子，得到無色溶液Ⅲ，最后通過蒸發結晶獲得氯化鉀固體；

(1)結合離子方程式的書寫原則和氧化還原反應的原理分析；

(2)加入CCl4的目的是萃取；緊接著萃取后的操作是將有機層與水層分開，叫做分液；從含有溴的CCl4溶液中分離得到CCl4和液溴的操作，是將兩種相互混溶的液體進行分離的操作，叫做蒸餾；操作④完成后得到固體A和無色液體I，分離固體和液體的操作是過濾；操作⑤是從溶液中得到能溶解于水的氯化鉀晶體，是蒸發結晶；

(3)除去Ca2+，選用飽和K2CO3溶液；除去Mg2+，選用KOH溶液；除去SO42-，選用BaCl2溶液；

(4)無色液體Ⅱ中還含有雜質離子CO32-和OH-；用pH試紙測定至pH=7；

(5)操作⑤是蒸發結晶，由此判斷需要的儀器。

制備流程為：廢液中加入雙氧水，將溴離子氧化成溴單質，然后加入四氯化碳后通過萃取、分液分離出溴，通過操作③蒸餾得到四氯化碳和溴單質；無色液體Ⅰ中含有K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-，分別加入BaCl2、K2CO3、KOH溶液過濾后得到無色溶液Ⅱ和固體A，再調節溶液Ⅱ的pH萃取碳酸根離子、氫氧根離子，得到無色溶液Ⅲ，最后通過蒸發結晶獲得氯化鉀固體，

(1)①反應H2O2 + 2KBr + 2HCl = Br2 + 2H2O + 2KCl中KBr、HCl和KCl均為可溶于水的強電解質，能完全電離，則發生反應的離子方程式為H2O2 + 2Br－ + 2H+ = Br2 + 2H2O；

②反應中氧元素的化合價從-1價降為-2價，則每消耗0.2molH2O2，反應轉移的電子數為0.2mol×2=0.4mol；

③反應中KBr是還原劑，H2O是還原產物，則還原劑和還原產物的物質的量之比是1:2；

(2)由流程圖知，無色液體Ⅰ中含有K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-，無色液體Ⅲ中只含有K+、Cl-，則試劑b的作用是除去Ca2+、Mg2+、SO42-；操作①是萃取，操作②是將互不相溶的兩種液體分開分液，操作③是將沸點不同、互溶的兩液體分開-蒸餾，操作④是將溶液與沉淀分開過濾，操作⑤是將KCl從其水溶液中提取出來-結晶，操作①、②、③、④、⑤的名稱是：萃取、分液、蒸餾、過濾、蒸發結晶；

(3)由于除雜時除雜試劑需過量，且不能引入新雜質，所以除去Ca2+，選用飽和K2CO3溶液；除去Mg2+，選用KOH溶液；除去SO42-，選用BaCl2溶液．而且只要滿足BaCl2溶液在飽和K2CO3溶液之前加入即可；

(4)由以上知，無色液體Ⅱ中還含有雜質離子CO32-和OH-，需用鹽酸來除去過量的KOH及K2CO3，調節pH=7的操作方法是滴加鹽酸，無氣體產生時，用pH試紙測定至pH=7；

(5)由于操作⑤是蒸發結晶，所以該操作用到的瓷質儀器是蒸發皿。