Question

【題目】三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O) (相對分子質量為990)簡稱“三鹽”，白色或微黃色粉末，熱穩定性能優良，主要用作聚氯乙烯的熱穩定劑。“三鹽”是由可溶性鉛鹽中加入硫酸生成硫酸鉛，再加氫氧化鈉而制得。以100.0噸鉛泥(主要成分為PbO、Pb及PbSO4等)為原料制備三鹽的工藝流程如下圖所示。

已知:(1)Ksp(PbSO4)=1.82×10-8，Ksp(PbCO3)=1.46×10-13；(2)鉛與冷鹽酸、冷硫酸幾乎不起作用。

請回答下列問題:

(1)寫出步驟①“轉化”的化學方程式______________________________________。

(2)步驟③“酸溶”，最適合選用的酸為______________，為提高酸溶速率，可采取的措施是__________(任意寫出一條)。

(3)若步驟④沉鉛”后的濾液中c(Pb2+)=1.82×10-5mol/L，則此時c(SO42-)=______mol/L。

(4)從原子利用率的角度分析該流程的優點為_______________________。

(5)步驟⑥“合成”三鹽的化學方程式為____________________________。若得到純凈干燥的三鹽49.5t，假設鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質量分數為__ % (結果保留一位小數)

Answer 1

【答案】 PbSO4+Na2CO3=PbCO3↓+Na2SO4 硝酸(或HNO3) 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) 1×10-3 濾液2(HNO3溶液)可以循環利用 4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O 51.8

【解析】分析：由于PbSO4溶解度較大，又不溶于稀酸，而PbCO3溶解度小，能溶于稀酸，為提高原料的利用率，加入碳酸鈉將硫酸鉛轉化為碳酸鉛，然后用硝酸將PbO、Pb 和PbCO3轉化為可溶性鉛鹽，再向其中加入硫酸，使鉛元素轉化為PbSO4，所以濾液2中主要為硝酸，可進行循環使用，然后向硫酸鉛中加入氫氧化鈉溶液，在適當條件下生成“三鹽”，分離處理后得到所要的產品。

詳解：(1) 由于Ksp(PbSO4)=1.82×10-8 > Ksp(PbCO3)=1.46×10-13，所以步驟①加入碳酸鈉溶液，把硫酸鉛轉化為碳酸鉛，以提高原料的利用率，反應的化學方程式為PbSO4+ Na2CO3= PbCO3↓ +Na2SO4。

(2) 由于鉛與冷鹽酸、冷硫酸幾乎都不反應，所以用硝酸溶解鉛及其化合物，且能生成可溶性鉛鹽，有利于轉化為最終產品，為提高溶解速率，可適當升溫，或適當增加硝酸濃度，或將濾渣粉碎增大表面積等。

(3)根據Ksp(PbSO4)=1.82×10-8，若濾液中c(Pb2+)=1.82×10-5mol/L，則溶液中c(SO42-)= = =1×10-3 mol/L。

(4) 從原子利用率的角度分析該流程的優點是濾液2即HNO3溶液可以循環使用，節約原料，降低成本。

(5)根據題目敘述，結合轉化關系，則步驟⑥“合成”三鹽的化學方程式為4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O；設鉛泥中鉛元素的質量分數為x，根據鉛元素守恒可得： = ，解得x=0.5175，所以該鉛泥中鉛元素的質量分數為51.8%。