Question

3．三鹽（3PbO•PbSO₄•H₂O，相對分子質(zhì)量為990）可用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑，不溶于水．以200.0t鉛泥（主要成分為PbO、Pb及PbSO₄等）為原料制備三鹽的工藝流程如圖所示．

已知：K_sp（PbSO₄）=1.82×l0^-8；K_sp（PbCO₃）=l.46×l0^-13．
回答下列問題：
（1）加Na₂CO₃溶液轉(zhuǎn)化的目的是將PbSO₄轉(zhuǎn)化為PbCO₃，提高鉛的利用率．
（2）酸溶時(shí)，不直接使用H₂SO₄溶液的原因可能是生成的PbSO₄為難溶物，阻礙反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行；鉛與硝酸在酸溶過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是HNO₃；洗滌操作時(shí)，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌干凈．
（4）當(dāng)沉淀轉(zhuǎn)化達(dá)平衡時(shí)，濾液l中c（SO₄^2-）與c（CO₃^2-）的比值為1.25×10⁵．
（5）50-60℃時(shí)合成三鹽的化學(xué)方程式為4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；若得到純凈干燥的三鹽99.0t，假設(shè)鉛泥中的鉛元素有80%轉(zhuǎn)化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.75%．

Answer 1

分析 以200.0t鉛泥（主要成分為PbO、Pb及PbSO₄等）為原料制備三鹽：向鉛泥中加Na₂CO₃溶液是將PbSO₄轉(zhuǎn)化成PbCO₃，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），所以濾液Ⅰ的溶質(zhì)主要是Na₂SO₄和過量的Na₂CO₃，Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下反應(yīng)：3Pb+8HNO₃=Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、PbCO₃+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+CO₂↑+H₂O、PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+2H₂O，均轉(zhuǎn)化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄轉(zhuǎn)化成PbSO₄和硝酸，過濾的濾液為HNO₃，可循環(huán)利用，向硫酸鉛中加入氫氧化鈉合成三鹽和硫酸鈉，4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，以此解答該題．

解答 解：（1）向鉛泥中加Na₂CO₃溶液，由表可知PbCO₃的溶解度小于PbSO₄的溶解度，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），則可將PbSO₄轉(zhuǎn)化成PbCO₃，提高鉛的利用率，
故答案為：將PbSO₄轉(zhuǎn)化為PbCO₃，提高鉛的利用率；
（2）因硫酸鉛微溶于水，不能加入硫酸酸溶，否則生成生成的PbSO₄為難溶物，阻礙反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，鉛與硝酸反應(yīng)生成Pb（NO₃）₂和NO的離子方程式為：3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：生成的PbSO₄為難溶物，阻礙反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行；3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下轉(zhuǎn)化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄轉(zhuǎn)化成PbSO₄和硝酸，HNO₃可循環(huán)利用，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌干凈，
故答案為：HNO₃；取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌干凈；
（4）當(dāng)沉淀轉(zhuǎn)化達(dá)平衡時(shí)，濾液l中c（SO₄^2-）與c（CO₃^2-）的比值為溶度積之比，為$\frac{1.82×1{0}^{-8}}{1.46×1{0}^{-13}}$=1.25×10⁵，
故答案為：1.25×10⁵；
（5）步驟⑥合成三鹽的化學(xué)方程式為：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，若得到純凈干燥的三鹽99.0t，則其中鉛元素的質(zhì)量為：$\frac{828}{990}$×99.0t=82.8t，設(shè)鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w，則200.0t鉛泥中鉛元素為200×w，鉛泥中的鉛元素有80%轉(zhuǎn)化為三鹽，有200×w×80%=82.8，解得x=51.75%，
故答案為：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；51.75%．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計(jì)算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．