Question

【题目】某废液中含有大量的K+、Cl-、Br-，还有少量的Ca2+、Mg2+、SO42-。某研究性学习小组利用这种废液来制取较纯净的氯化钾晶体及液溴（Br2常温下是深红棕色液体），设计了如下流程图：

已知：可供选择的试剂 a、试剂b（试剂 b代表一组试剂）如下：饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、KOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、H2O2溶液(H＋)、KMnO4溶液(H＋)、稀盐酸。请根据流程图，回答相关问题：

（1）若试剂a为H2O2溶液(H＋)，已知H2O2 + 2KBr + 2HCl = Br2 + 2H2O + 2KCl

①发生反应的离子方程式为：__________；

②每消耗0.2molH2O2，反应转移的电子数为______mol；

③还原剂和还原产物的物质的量之比是_______；

（2）操作①②③④⑤对应的名称分别是：______、分液、_____、过滤、______ ；

（3）为了除去无色液体I中的Ca2+、Mg2+、SO42-，从可供选择的试剂中选出试剂b所代表的物质，按滴加顺序依次是____、____、____（填化学式）；

（4）调pH=7是为了除去杂质离子________和_________，以提高氯化钾晶体的纯度；

（5）操作⑤中用到的瓷质仪器名称是_________ 。

Answer 1

【答案】H2O2 + 2Br－ + 2H+ = Br2 + 2H2O 0.4 1：1 萃取 蒸馏 蒸发结晶 BaCl2 KOH K2CO3 OH－ CO32－ 蒸发皿

【解析】

根据图示可知，制备流程为：废液中加入双氧水，将溴离子氧化成溴单质，然后加入四氯化碳后通过萃取、分液分离出溴，通过操作③蒸馏得到四氯化碳和溴单质；无色液体Ⅰ中含有K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-，分别加入BaCl2、K2CO3、KOH溶液过滤后得到无色溶液Ⅱ和固体A，再调节溶液Ⅱ的pH萃取碳酸根离子、氢氧根离子，得到无色溶液Ⅲ，最后通过蒸发结晶获得氯化钾固体；

(1)结合离子方程式的书写原则和氧化还原反应的原理分析；

(2)加入CCl4的目的是萃取；紧接着萃取后的操作是将有机层与水层分开，叫做分液；从含有溴的CCl4溶液中分离得到CCl4和液溴的操作，是将两种相互混溶的液体进行分离的操作，叫做蒸馏；操作④完成后得到固体A和无色液体I，分离固体和液体的操作是过滤；操作⑤是从溶液中得到能溶解于水的氯化钾晶体，是蒸发结晶；

(3)除去Ca2+，选用饱和K2CO3溶液；除去Mg2+，选用KOH溶液；除去SO42-，选用BaCl2溶液；

(4)无色液体Ⅱ中还含有杂质离子CO32-和OH-；用pH试纸测定至pH=7；

(5)操作⑤是蒸发结晶，由此判断需要的仪器。

制备流程为：废液中加入双氧水，将溴离子氧化成溴单质，然后加入四氯化碳后通过萃取、分液分离出溴，通过操作③蒸馏得到四氯化碳和溴单质；无色液体Ⅰ中含有K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-，分别加入BaCl2、K2CO3、KOH溶液过滤后得到无色溶液Ⅱ和固体A，再调节溶液Ⅱ的pH萃取碳酸根离子、氢氧根离子，得到无色溶液Ⅲ，最后通过蒸发结晶获得氯化钾固体，

(1)①反应H2O2 + 2KBr + 2HCl = Br2 + 2H2O + 2KCl中KBr、HCl和KCl均为可溶于水的强电解质，能完全电离，则发生反应的离子方程式为H2O2 + 2Br－ + 2H+ = Br2 + 2H2O；

②反应中氧元素的化合价从-1价降为-2价，则每消耗0.2molH2O2，反应转移的电子数为0.2mol×2=0.4mol；

③反应中KBr是还原剂，H2O是还原产物，则还原剂和还原产物的物质的量之比是1:2；

(2)由流程图知，无色液体Ⅰ中含有K+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-，无色液体Ⅲ中只含有K+、Cl-，则试剂b的作用是除去Ca2+、Mg2+、SO42-；操作①是萃取，操作②是将互不相溶的两种液体分开分液，操作③是将沸点不同、互溶的两液体分开-蒸馏，操作④是将溶液与沉淀分开过滤，操作⑤是将KCl从其水溶液中提取出来-结晶，操作①、②、③、④、⑤的名称是：萃取、分液、蒸馏、过滤、蒸发结晶；

(3)由于除杂时除杂试剂需过量，且不能引入新杂质，所以除去Ca2+，选用饱和K2CO3溶液；除去Mg2+，选用KOH溶液；除去SO42-，选用BaCl2溶液．而且只要满足BaCl2溶液在饱和K2CO3溶液之前加入即可；

(4)由以上知，无色液体Ⅱ中还含有杂质离子CO32-和OH-，需用盐酸来除去过量的KOH及K2CO3，调节pH=7的操作方法是滴加盐酸，无气体产生时，用pH试纸测定至pH=7；

(5)由于操作⑤是蒸发结晶，所以该操作用到的瓷质仪器是蒸发皿。