Question

【題目】硫酸鉛(PbSO4)廣泛應用于制造鉛蓄電池、白色顏料等。工業生產中利用方鉛礦(主要成分為PbS，含有FeS2等雜質)和軟錳礦(主要成分為MnO2)制備PbSO4的工藝流程如圖：

已知：

i．PbCl2 難溶于冷水，易溶于熱水

ii．PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq) △H＞0

iii．Ksp(PbSO4) =1.08×10-8，Ksp(PbCl2)=1.6×10-5

(1)“浸取”過程中鹽酸與MnO2、PbS 發生反應生成PbCl2和S的化學方程式為___________________；

(2)沉降操作時加入冰水的作用是____________________________；

(3)20℃時，PbCl2(s)在不同濃度鹽酸中的最大溶解量(g·L-1)如圖所示。下列敘述正確的是___________(填字母)

A．鹽酸濃度越小，Ksp(PbCl2)越小

B．x、y兩點對應的溶液中c(Pb2+) 不相等

C．當鹽酸濃度為1mol·L-1時，溶液中c(Pb2+)一定最小

D．當鹽酸濃度小于1mol·L-1時，隨HCl濃度增大，PbCl2 溶解量減少是因為Cl-濃度增大使PbCl2溶解平衡逆向移動

(4)調pH的目的是_________________________________，操作I的方法是____________________；PbCl2“轉化”后得到PbSO4，當c(Cl-)=0.100mol/L時，c(SO42-)=_________________________；

(5)濾液a經過處理后可以返回到__________________工序循環使用。利用制備的硫酸鉛與氫氧化鈉反應制備目前用量最大的熱穩定劑—三鹽基硫酸(3PbO·PbSO4·H2O)，寫出該反應的反應方程式________________________。

Answer 1

【答案】MnO2+PbS+4HCl=PbCl2+S+MnCl2 +2H2O PbCl2難溶于冷水，降低PbCl2的溶解度，便于析出PbCl2晶體 BD 使Fe3+沉淀而除去 過濾 6.75×10-6 浸取 4PbSO4+6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O

【解析】

方鉛礦精礦(主要成分為PbS，含有FeS2等雜質)和軟錳礦(主要成分為MnO2)中加入稀鹽酸，根據酸性廢液中的成分可知該過程中PbS中部分S元素被氧化成硫酸根離子，MnO2被還原成Mn2+，加入的NaCl可促進反應PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)平衡正向移動使更多的Pb元素存在于溶液中，加入NaOH溶液調節溶液pH，使鐵離子轉化成氫氧化鐵沉淀，過濾得到氫氧化鐵、礦渣和濾液；PbCl2難溶于冷水，將濾液液冷水沉降過濾得到PbCl2晶體，之后加入稀硫酸發生沉淀轉化，生成硫酸鉛晶體，過濾得到晶體烘干得到硫酸鉛粉末，濾液a中主要成分為HCl。

(1)根據題意可知該過程中MnO2將PbS2中的S元素氧化成S單質，錳元素被還原成Mn2+，根據電子守恒和元素守恒可得方程式為MnO2+PbS+4HCl=PbCl2+S+MnCl2 +2H2O；

(2)根據題目信息可知氯化鉛難溶于冷水，加入冰水可降低PbCl2的溶解度，便于析出PbCl2晶體；

(3)PbCl2是微溶化合物，溶于水存在下列平衡：PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)，由圖象可知在濃度為1mol/L時溶解量最小，小于1mol/L時，主要是電離出的氯離子抑制氯化鉛的溶解，大于1mol/L時，可發生絡合反應：PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)，而促進溶解。

A．Ksp(PbCl2)只受溫度的影響，溫度不變，則Ksp(PbCl2)不變，故A錯誤；

B．根據分析可知x、y兩點對應的溶液中的溶質不同，所以c(Pb2+)不相等，故B正確；

C．根據分析可知當鹽酸濃度大于1mol/L時，可發生反應：PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)，所以此時c(Pb2+)不一定最小，故C錯誤；

D．根據分析可知鹽酸濃度小于1mol·L-1時，主要存在平衡PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)，氯離子的增多使平衡逆向移動，故D正確；

綜上所述選BD；

(4)溶液中有雜質鐵離子，調pH值可使Fe3+沉淀而除去；分離固體和液體的操作為過濾；沉淀轉化的方程式為PbCl2(s)+SO42-(aq)PbSO4(s)+2Cl-(aq)，該反應的平衡常數K=，所以當c(Cl-)=0.100mol/L時，c(SO42-)=6.75×10-6mol/L；

(5)濾液a中的主要溶質為HCl，所以經處理后可以返回到浸取工序循環使用；反應物有PbSO4和NaOH，生成中有3PbO·PbSO4·H2O ，根據元素化合價的變化可知該反應不是氧化還原反應，所有根據元素守恒可得方程式：4PbSO4+6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O。