Question

19．硫酸鉛（PbSO₄）廣泛應(yīng)用于制造鉛蓄電池、白色顏料等．利用方鉛礦精礦（ PbS）直接制備硫酸鉛粉末的流程如圖1：

已知：（i） PbCl₂ （s）+2C1^-（aq）═PbCl₄^2-（aq）△H＞0
（ii）有關(guān)物質(zhì)的K_sp和沉淀時(shí)的pH如表：

物質(zhì)	Ksp	物質(zhì)	開(kāi)始沉淀時(shí)pH	完全沉淀時(shí)pH
PbSO4	1.0×10-8	Fe（OH）3	2.7	3.7
PbCl2	1.6×10-5	Fe（OH）2	6	7.04

（1）步驟I反應(yīng)加入鹽酸后可以觀察到淡黃色沉淀生成，請(qǐng)寫(xiě)出的離子方程式PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓．
（2）用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理解釋步驟Ⅱ中使用冰水浴的原因用冰水浴使吸熱反應(yīng)PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）逆向移動(dòng)，使PbCl₄^-不斷轉(zhuǎn)化為PbCl₂晶體而析出．
（3）在上述生產(chǎn)過(guò)程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有FeCl₃和鹽酸．
（4）寫(xiě)出步驟Ⅲ中PbCl₂晶體轉(zhuǎn)化為PbSO₄沉淀的離子方程式PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq）．
（5）PbSO₄熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源．基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中作為電解質(zhì)的無(wú)水LiCl-KC1混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能．該電池總反應(yīng)為PbSO₄+2LiCl+Ca═CaCl₂+Li₂SO₄+Pb．
①放電過(guò)程中，Li⁺向正極移動(dòng)（填“負(fù)極”或“正極”）．
②負(fù)極反應(yīng)式為Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂．
③電路中每轉(zhuǎn)移0.2mol電子，理論上生成20.7g Pb．

Answer 1

分析 利用方鉛礦精礦（PbS）直接制備硫酸鉛粉末，在方鉛礦精礦中加入鹽酸和過(guò)量氯化鐵溶液，微熱80°C發(fā)生反應(yīng)：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓，發(fā)生生成PbCl₂溶液，加入飽和食鹽水趁熱過(guò)濾，濾液蒸發(fā)濃縮，冰水浴使平衡PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）△H＞0向著逆向移動(dòng)，從而生成PbCl₂晶體而析出，濾液2有氯化亞鐵，加入過(guò)氧化氫生成氯化鐵后循環(huán)使用，濾渣為PbCl₂晶體，加入稀硫酸生成硫酸鉛沉淀，過(guò)濾得到硫酸鉛沉淀，烘干得到硫酸鉛粉末，據(jù)此分析解答（1）～（4）；
（5）根據(jù)放電時(shí)鉛蓄電池工作原理為原電池，根據(jù)原電池原理，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，由及化合價(jià)變化寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)式，根據(jù)電極方程式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算．

解答 解：（1）步驟I反應(yīng)加入鹽酸后可以觀察到淡黃色沉淀生成，說(shuō)明生成了S單質(zhì)，S元素化合價(jià)升高，則鐵元素的化合價(jià)降低，反應(yīng)的離子方程式為：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓；
故答案為：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓；
（2）加入飽和食鹽水后存在化學(xué)平衡：PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）△H＞0，在冰水浴中，溫度較低，使平衡向著逆向移動(dòng)，從而生成PbCl₂晶體而析出；
故答案為：用冰水浴使吸熱反應(yīng)PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）逆向移動(dòng)，使PbCl₄^-不斷轉(zhuǎn)化為PbCl₂晶體而析出；
（3）濾液2的主要成分是FeCl₂，與過(guò)氧化氫反應(yīng)又生成FeCl₃，反應(yīng)為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，F(xiàn)eCl₃可循環(huán)使用，步驟Ⅲ中濾渣為PbCl₂晶體，加入稀硫酸生成硫酸鉛沉淀，過(guò)濾得到硫酸鉛沉淀和鹽酸，鹽酸可循環(huán)使用；
故答案為：FeCl₃和鹽酸；
（4）根據(jù)題中信息可知：K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5，結(jié)合沉淀的轉(zhuǎn)化，PbCl₂晶體轉(zhuǎn)化為PbSO₄沉淀是因?yàn)镻bCl₂中加入稀硫酸破壞了氯化鉛的溶解平衡，使溶解平衡正向移動(dòng)生成硫酸鉛，反應(yīng)的離子方程式為：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄ （s）+2Cl^-（aq）；
故答案為：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄ （s）+2Cl^-（aq）；
（5）①陽(yáng)離子移向正極，鉛蓄電池放電過(guò)程中，Li⁺向正極移動(dòng)；
故答案為：正極；
②負(fù)極上鈣失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂；
故答案為：Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂；
③根據(jù)總反應(yīng)PbSO₄+2LiCl+Ca═CaCl₂+Li₂SO₄+Pb，生成1molpb時(shí)轉(zhuǎn)移2mol電子，故轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，生成0.1mol鉛，質(zhì)量為20.7gPb；
故答案為：20.7．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)物質(zhì)的制備，考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，注意掌握常見(jiàn)物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，正確分析、理解制備流程為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．