Question

5．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）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^2-（aq）△H＞0
（ⅱ）K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8，K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5
（ⅲ）Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH值分別為3.2、7.04
（1）步驟Ⅰ反應(yīng)過程中可以觀察到淡黃色沉淀生成，請寫出相應(yīng)的離子方程式PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S，加入鹽酸的另一個目的是為了控制PH值在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解．
（2）用化學(xué)平衡移動的原理解釋步驟Ⅱ中使用冰水浴的原因用冰水浴使反應(yīng)PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）逆向移動，使PbCl₄^-不斷轉(zhuǎn)化為PbCl₂晶體而析出．
（3）寫出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）．
（4）濾液2中加入H₂O₂可循環(huán)利用，請寫出相關(guān)的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（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)的無水LiCl-KCl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放電過程中，Li⁺向正極（填“負極”或“正極”）移動．
②負極反應(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 （1）步驟Ⅰ中生成物為PbCl₂和S，則加入的鹽酸、氯化鐵與PbS發(fā)生氧化還原反應(yīng)，S元素化合價升高，則鐵元素的化合價降低，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH進行判斷；
（2）根據(jù)加入飽和食鹽水后存在化學(xué)平衡：PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）△H＞0，而在冰水浴中，溫度較低，根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響判斷使用冰水浴的原因；
（3）已知：K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5，PbCl₂晶體轉(zhuǎn)化為PbSO₄沉淀是因為PbCl₂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生成硫酸鉛；
（4）濾液2的主要成分是FeCl₂，與過氧化氫反應(yīng)又生成FeCl₃，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（5）根據(jù)放電時鉛蓄電池工作原理為原電池，根據(jù)原電池原理，陽離子向正極移動，由及化合價變化寫出負極的電極反應(yīng)式，根據(jù)電極方程式進行相關(guān)計算．

解答 解：（1）步驟Ⅰ中生成PbCl₂和S，則加入的鹽酸、氯化鐵與PbS發(fā)生氧化還原反應(yīng)，S元素化合價升高，則鐵元素的化合價降低，反應(yīng)的離子方程式為：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S；Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH值分別為3.2、7.04，所以加入鹽酸的另一個目的是為了控制PH值在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解，
故答案為：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S；抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解；
（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，從而生成PbCl₂晶體而析出，
故答案為：用冰水浴使反應(yīng)PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）逆向移動，使PbCl₄^-不斷轉(zhuǎn)化為PbCl₂晶體而析出；
（3）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沉淀是因為PbCl₂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）；
（4）濾液2的主要成分是FeCl₂，與過氧化氫反應(yīng)又生成FeCl₃，雙氧水作氧化劑，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（5）鉛蓄電池放電過程中，Li⁺向正極移動，負極上鈣失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極方程式為Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂，根據(jù)總反應(yīng)PbSO₄+2LiCl+Ca═CaCl₂+Li₂SO₄+Pb，生成1molpb時轉(zhuǎn)移2mol電子，故轉(zhuǎn)移0.2mol電子時，生成0.1mol鉛，質(zhì)量為20.7gpb，
故答案為：正極；Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂；20.7．

點評 本題通過硫酸鉛粉末的制備，考查了物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計方法，題目難度中等，注意掌握常見物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計方法，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)知識的能力．