Question

7．硝酸鉀用途廣泛，工業上一般用復分解反應制取硝酸鉀（相關物質的溶解度曲線如圖2見下表）．以硝酸鈉和氯化鉀為原料制備硝酸鉀的工藝流程如圖1：

完成下列填空：
（1）為了加速固體溶解，可采取的措施有加熱、攪拌、研細顆粒等（至少寫兩種）；實驗室進行蒸發結晶操作時，為了防止液滴飛濺，進行的操作是用玻璃棒不斷攪拌濾液．
（2）過濾I所得濾液中含有的離子是K⁺、NO₃^-、Na⁺、Cl^-；過濾I所得濾液在進行冷卻結晶前應補充少量水，目的是減少NaCl的結晶析出．
（3）檢驗產品KNO₃中雜質的方法是取少量固體溶于水，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若生成白色沉淀說明含有雜質．
實驗室模擬工業上用氯化鉀和硝酸銨為原料制取硝酸鉀的過程如下：取40g NH₄NO₃和37.25g KCl固體加入100g水中，加熱至90℃，固體溶解，用冰水浴冷卻至5℃以下，過濾（a）．在濾液中再加入NH₄NO₃，加熱蒸發，當體積減小到約原來的$\frac{2}{3}$時，保持70℃過濾（b），濾液可循環使用．完成下列填空：
（4）過濾（a）得到的固體物質主要是KNO₃；在濾液中再加入NH₄NO₃的目的是增大銨根離子的濃度，有利于氯化銨結晶析出．
（5）為檢測硝酸鉀樣品中銨鹽含量，稱取1.564g樣品，加入足量的NaOH濃溶液，充分加熱，生成的氣體用20.00mL 0.102mol/L H₂SO₄溶液全部吸收，滴定過量的H₂SO₄用去0.089mol/L標準NaOH溶液16.55mL．
滴定過程中使用的指示劑是甲基橙；樣品中含銨鹽（以氯化銨計）的質量分數是8.92%（保留3位數）．

Answer 1

分析 硝酸鈉和氯化鉀用水溶解，由于溶液中NaCl的溶解度最小，且受溫度影響不大，采取蒸發濃縮，析出NaCl晶體，再過濾分離，由于硝酸鉀溶解度受溫度影響比硝酸鈉大，采取冷卻結晶析出硝酸鉀，濃縮析出NaCl晶體，直接冷卻為繼續析出NaCl晶體，故濾液中先加入水，再冷卻析出硝酸鉀，過濾分離．
（1）加熱、攪拌、研細顆粒等都可以加快物質溶解；實驗室進行蒸發結晶操作時，用玻璃棒不斷攪拌濾液，使溶液受熱均勻，防止液滴飛濺；
（2）過濾I后析出部分NaCl，溶液中含有硝酸鈉、KCl電離產生的離子；氯化鈉溶解度最小，濃縮析出NaCl晶體，直接冷卻為繼續析出NaCl晶體；
（3）產品KNO₃中可能含有Na⁺、Cl^-雜質離子，用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗氯離子即可，焰色反應檢驗鈉離子；
（4）取40g NH₄NO₃和37.25g KCl固體加入100g水中，加熱至90℃，固體溶解，用冰水浴冷卻至5℃以下，由于硝酸鉀的溶解度最小，則會析出硝酸鉀晶體；在濾液中加入硝酸銨可以增大銨根離子濃度，有利于氯化銨的析出；
（5）恰好反應時溶質為硫酸鈉、硫酸銨，溶液呈酸性，指示劑變色范圍應在酸性中，根據滴定數據計算出氨氣的物質的量，再計算出氯化銨的質量分數．

解答 解：硝酸鈉和氯化鉀用水溶解，由于溶液中NaCl的溶解度最小，且受溫度影響不大，采取蒸發濃縮，析出NaCl晶體，再過濾分離，由于硝酸鉀溶解度受溫度影響比硝酸鈉大，采取冷卻結晶析出硝酸鉀，濃縮析出NaCl晶體，直接冷卻為繼續析出NaCl晶體，故濾液中先加入水，再冷卻析出硝酸鉀，過濾分離．
（1）加熱、攪拌、研細顆粒等都可以加快物質溶解；實驗室進行蒸發結晶操作時，用玻璃棒不斷攪拌濾液，使溶液受熱均勻，防止液滴飛濺，
故答案為：加熱、攪拌、研細顆粒等；用玻璃棒不斷攪拌濾液；
（2）過濾I后析出部分NaCl，濾液I含有K⁺、NO₃^-、Na⁺、Cl^-；氯化鈉溶解度最小，濃縮析出NaCl晶體后，直接冷卻會繼續析出NaCl晶體，在進行冷卻結晶前應補充少量水，可以減少NaCl的結晶析出，
故答案為：K⁺、NO₃^-、Na⁺、Cl^-；減少NaCl的結晶析出；
（3）產品KNO₃中可能含有Na⁺、Cl^-雜質離子，取少量固體溶于水，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若生成白色沉淀說明含有雜質，
故答案為：取少量固體溶于水，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若生成白色沉淀說明含有雜質；
（4）取40g NH₄NO₃和37.25g KCl固體加入100g水中，加熱至90℃所有固體均溶解，用冰水浴冷卻至5℃以下時，硝酸鉀的溶解度最小，首先析出的是硝酸鉀晶體；在濾液中加入硝酸銨可以增大銨根離子濃度，使NH₄Cl晶體析出，
故答案為：KNO₃；增大銨根離子的濃度，有利于氯化銨結晶析出；
（5）由于恰好反應時生成的溶質為硫酸銨和硫酸鈉，溶液為酸性，則應該選用甲基橙為指示劑；
硫酸總的物質的量為：0.102mol/L×0.02L=0.00204mol，含有氫離子的物質的量為0.00408mol，
氫氧化鈉的物質的量為：0.089mol/L×0.01655L=0.001473mol，
所以氨氣的物質的量為：0.00408mol-0.001473mol=0.002607mol，
樣品中氯化銨的物質的量為0.002607mol，
則樣品中氯化銨的質量分數為：$\frac{0.002607mol×53.5g/mol}{1.564g}$×100%≈8.92%，
故答案為：甲基橙；8.92%．

點評 本題考查物質制備方案、物質的分離與提純方法，涉及溶解度曲線的理解與應用、滴定計算等，關鍵是對原理的理解，試題培養了學生靈活應用所學知識的能力，難度中等．