Question

【題目】三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O，不溶于水)主要適用于不透明的聚氯乙烯硬質管、注射成型制品，也可用于人造革等軟質制品。以鉛泥(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：Ksp(PbSO4)=1.82×10－8，Ksp (PbCO3)=1.46×10－13

請回答下列問題：

(1)加入碳酸鈉溶液后PbSO4轉化為PbCO3。轉化的方程式為：PbSO4(s)+CO32－(aq)=PbCO3(s)+SO42－(aq)，通過計算(保留2位有效數字)說明該反應程度很大的原因：___________。這一步驟中，也可以將碳酸鈉溶液改為碳酸氫鈉溶液，寫出用碳酸氫鈉溶液時的離子方程式：___________。

(2)根據圖溶解度曲線(g/100g水)，由濾液I得到Na2SO4固體的操作為將“濾液1”___________、___________、用乙醇洗滌后于燥。

(3)步驟③“酸溶”，為提高酸溶速率，可采取的措施是___________(任意寫出一條)，生成NO的離子方程式：___________。

(4)“濾液2”中可循環利用的溶質為___________(填化學式)。

步驟④“沉鉛”時若將Pb(NO3)2溶液與0.02mol·L－1的H2SO4等體積混合生成PbSO4沉淀時，所需Pb(NO3)2溶液的最小物質的量濃度為___________mol·L－1。

Answer 1

【答案】該反應平衡常數K=1.2×105，所以能進行 PbSO4+2HCO3-=PbCO3（s）+SO42-+H2O+CO2↑ 蒸發（升溫）結晶 趁熱過濾 適當升溫（適當增加硝酸濃度，減小濾渣顆粒大小等合理答案均可） 3Pb+8H++2NO3-=3Pb2++2NO↑+4H2O HNO3 3.64×10-6

【解析】

以鉛泥（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轉化成PbCO3，Na2CO3（aq）+PbSO4（s）=Na2SO4（aq）+PbCO3（s），所以濾液Ⅰ的溶質主要是Na2SO4和過量的Na2CO3，濾渣Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下反應：3Pb+8HNO3=3Pb（NO3）2+2NO↑+4H2O、PbCO3+2HNO3=Pb（NO3）2+CO2↑+H2O、PbO+2HNO3=Pb（NO3）2+2H2O，均轉化成Pb（NO3）2，Pb（NO3）2中加稀H2SO4轉化成PbSO4和硝酸，過濾的濾液為HNO3，可循環利用，向硫酸鉛中加入氫氧化鈉合成三鹽和硫酸鈉，在50℃～60℃，4PbSO4+6NaOH=3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O，濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，據此分析解答。

(1)反應PbSO4(s)+CO32－(aq)=PbCO3(s)+SO42－(aq)的平衡常數K====1.2×105，由于反應平衡常數大于105，所以反應進行程度很大；如果碳酸鈉溶液改為碳酸氫鈉溶液，注意寫離子方程式時弱酸的酸式酸根離子不可拆開，離子方程式為PbSO4+2HCO3-=PbCO3（s）+SO42-+H2O+CO2↑；

答案：該反應平衡常數K=1.2×105，所以能進行 PbSO4+2HCO3-=PbCO3（s）+SO42-+H2O+CO2↑

(2)由圖象分析可知，溫度較高時析出硫酸鈉，溫度較低時析出硫酸鈉結晶水合物，因此由濾液I得到Na2SO4固體的操作為將“濾液1”蒸發（升溫）結晶、趁熱過濾，洗滌晶體時用乙醇洗滌避免形成結晶水合物；

答案：蒸發（升溫）結晶 趁熱過濾

(3)提高反應速率可以從升溫和適當增大反應物濃度，增大固體反應物接觸面積角度考慮；因為3Pb+8HNO3=3Pb（NO3）2+2NO↑+4H2O，所以生成NO的離子方程式：3Pb+8H++2NO3-=3Pb2++2NO↑+4H2O；

答案：適當升溫（適當增加硝酸濃度，減小濾渣顆粒大小等合理答案均可） 3Pb+8H++2NO3-=3Pb2++2NO↑+4H2O

(4)Pb（NO3）2中加稀H2SO4轉化成PbSO4和硝酸，過濾后，濾液中的溶質主要為HNO3，可循環利用于酸溶；

設所需Pb(NO3)2溶液的最小物質的量濃度為x mol·L－1，Ksp(PbSO4)=1.82×10－8=C（Pb2+）×C（SO42-）=×，計算得x=3.64×10-6；

答案： HNO3 3.64×10-6