Question

7．硝酸钾用途广泛，工业上一般用复分解反应制取硝酸钾（相关物质的溶解度曲线如图2见下表）．以硝酸钠和氯化钾为原料制备硝酸钾的工艺流程如图1：

完成下列填空：
（1）为了加速固体溶解，可采取的措施有加热、搅拌、研细颗粒等（至少写两种）；实验室进行蒸发结晶操作时，为了防止液滴飞溅，进行的操作是用玻璃棒不断搅拌滤液．
（2）过滤I所得滤液中含有的离子是K⁺、NO₃^-、Na⁺、Cl^-；过滤I所得滤液在进行冷却结晶前应补充少量水，目的是减少NaCl的结晶析出．
（3）检验产品KNO₃中杂质的方法是取少量固体溶于水，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若生成白色沉淀说明含有杂质．
实验室模拟工业上用氯化钾和硝酸铵为原料制取硝酸钾的过程如下：取40g NH₄NO₃和37.25g KCl固体加入100g水中，加热至90℃，固体溶解，用冰水浴冷却至5℃以下，过滤（a）．在滤液中再加入NH₄NO₃，加热蒸发，当体积减小到约原来的$\frac{2}{3}$时，保持70℃过滤（b），滤液可循环使用．完成下列填空：
（4）过滤（a）得到的固体物质主要是KNO₃；在滤液中再加入NH₄NO₃的目的是增大铵根离子的浓度，有利于氯化铵结晶析出．
（5）为检测硝酸钾样品中铵盐含量，称取1.564g样品，加入足量的NaOH浓溶液，充分加热，生成的气体用20.00mL 0.102mol/L H₂SO₄溶液全部吸收，滴定过量的H₂SO₄用去0.089mol/L标准NaOH溶液16.55mL．
滴定过程中使用的指示剂是甲基橙；样品中含铵盐（以氯化铵计）的质量分数是8.92%（保留3位数）．

Answer 1

分析 硝酸钠和氯化钾用水溶解，由于溶液中NaCl的溶解度最小，且受温度影响不大，采取蒸发浓缩，析出NaCl晶体，再过滤分离，由于硝酸钾溶解度受温度影响比硝酸钠大，采取冷却结晶析出硝酸钾，浓缩析出NaCl晶体，直接冷却为继续析出NaCl晶体，故滤液中先加入水，再冷却析出硝酸钾，过滤分离．
（1）加热、搅拌、研细颗粒等都可以加快物质溶解；实验室进行蒸发结晶操作时，用玻璃棒不断搅拌滤液，使溶液受热均匀，防止液滴飞溅；
（2）过滤I后析出部分NaCl，溶液中含有硝酸钠、KCl电离产生的离子；氯化钠溶解度最小，浓缩析出NaCl晶体，直接冷却为继续析出NaCl晶体；
（3）产品KNO₃中可能含有Na⁺、Cl^-杂质离子，用硝酸酸化的硝酸银溶液检验氯离子即可，焰色反应检验钠离子；
（4）取40g NH₄NO₃和37.25g KCl固体加入100g水中，加热至90℃，固体溶解，用冰水浴冷却至5℃以下，由于硝酸钾的溶解度最小，则会析出硝酸钾晶体；在滤液中加入硝酸铵可以增大铵根离子浓度，有利于氯化铵的析出；
（5）恰好反应时溶质为硫酸钠、硫酸铵，溶液呈酸性，指示剂变色范围应在酸性中，根据滴定数据计算出氨气的物质的量，再计算出氯化铵的质量分数．

解答 解：硝酸钠和氯化钾用水溶解，由于溶液中NaCl的溶解度最小，且受温度影响不大，采取蒸发浓缩，析出NaCl晶体，再过滤分离，由于硝酸钾溶解度受温度影响比硝酸钠大，采取冷却结晶析出硝酸钾，浓缩析出NaCl晶体，直接冷却为继续析出NaCl晶体，故滤液中先加入水，再冷却析出硝酸钾，过滤分离．
（1）加热、搅拌、研细颗粒等都可以加快物质溶解；实验室进行蒸发结晶操作时，用玻璃棒不断搅拌滤液，使溶液受热均匀，防止液滴飞溅，
故答案为：加热、搅拌、研细颗粒等；用玻璃棒不断搅拌滤液；
（2）过滤I后析出部分NaCl，滤液I含有K⁺、NO₃^-、Na⁺、Cl^-；氯化钠溶解度最小，浓缩析出NaCl晶体后，直接冷却会继续析出NaCl晶体，在进行冷却结晶前应补充少量水，可以减少NaCl的结晶析出，
故答案为：K⁺、NO₃^-、Na⁺、Cl^-；减少NaCl的结晶析出；
（3）产品KNO₃中可能含有Na⁺、Cl^-杂质离子，取少量固体溶于水，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若生成白色沉淀说明含有杂质，
故答案为：取少量固体溶于水，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若生成白色沉淀说明含有杂质；
（4）取40g NH₄NO₃和37.25g KCl固体加入100g水中，加热至90℃所有固体均溶解，用冰水浴冷却至5℃以下时，硝酸钾的溶解度最小，首先析出的是硝酸钾晶体；在滤液中加入硝酸铵可以增大铵根离子浓度，使NH₄Cl晶体析出，
故答案为：KNO₃；增大铵根离子的浓度，有利于氯化铵结晶析出；
（5）由于恰好反应时生成的溶质为硫酸铵和硫酸钠，溶液为酸性，则应该选用甲基橙为指示剂；
硫酸总的物质的量为：0.102mol/L×0.02L=0.00204mol，含有氢离子的物质的量为0.00408mol，
氢氧化钠的物质的量为：0.089mol/L×0.01655L=0.001473mol，
所以氨气的物质的量为：0.00408mol-0.001473mol=0.002607mol，
样品中氯化铵的物质的量为0.002607mol，
则样品中氯化铵的质量分数为：$\frac{0.002607mol×53.5g/mol}{1.564g}$×100%≈8.92%，
故答案为：甲基橙；8.92%．

点评 本题考查物质制备方案、物质的分离与提纯方法，涉及溶解度曲线的理解与应用、滴定计算等，关键是对原理的理解，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力，难度中等．