Question

【題目】鉛單質及其化合物在新能源領域應用廣泛，工業上利用方鉛精礦（主要成分為PbS）制備PbSO4的工藝流程如下：

已知：①PbCl2（s）+2Cl－(aq)PbCl4-(aq) △H＞0 ②Ksp(PbSO4)=1.0×10-8,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5③Fe3＋、Pb2＋以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH值分別為3.2、7.0。

（1）步驟Ⅰ中發現有淡黃色沉淀生成，請寫出離子反應方程式：_______________________；

（2）步驟Ⅰ原料預處理過程中寫出一種除攪拌外加快反應速率的辦法：_________________；反應溫度不宜過高，且需加入過量鹽酸保證溶液呈強酸性，原因是：____________________；

（3）操作①應為：_______ ；操作②應為：_________ ；

A、趁熱過濾 B、蒸發濃縮，冷卻結晶； C、蒸發結晶 D、重結晶

（4）寫出步驟III中PbCl2生成PbSO4的離子反應方程式：___________________________ ，該反應的平衡常數K=_______；

（5）鉛蓄電池（Pb-PbO2-H2SO4）充電時的陽極反應方程式：_________________________ ；

（6）某鉛蓄電池放電時電流為0.2A，可持續放電時間96500s，此時參加反應的Pb的質量為41.4g，求該電池放電的能量轉化率α=_________ 。（電池能量轉化率的定義：α=實際輸出電量/理論輸出電量×100%，結果保留兩位有效數字，已知法拉第常數為96500C/mol）

Answer 1

【答案】PbS+2Fe3＋+2Cl－= PbCl2+2Fe2＋+S將方鉛礦精礦磨成粉末抑制Fe3+、Pb2+離子水解ABPbCl2（s）+ SO42(aq) PbSO4（s）+2Cl-(aq)1.6×103mol/LPbSO4 -2e +2H2O =PbO2+SO42-+4H+50%

【解析】

往方鉛礦精礦中加入FeCl3溶液和鹽酸，FeCl3與PbS反應生成PbCl2和S，產物中加入飽和食鹽水，趁熱過濾，利于PbCl2（s）+2Cl－(aq)PbCl4-(aq)△H＞0

正向進行，使PbCl2溶解，過濾除去硫等雜質，濾液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2＋、Fe3＋等，濾液1蒸發濃縮，冷水浴中冷卻，利用平衡逆向進行，析出PbCl2晶體，PbCl2晶體中加入稀硫酸，轉化為更難溶的硫酸鉛沉淀，過濾得到硫酸鉛沉淀，洗滌、烘干得到硫酸鉛粉末，以此解答。

(1)由分析可知FeCl3與PbS反應生成PbCl2和S，Pb元素化合價不變，S元素化合價升高，則鐵元素的化合價降低，有FeCl2生成，反應離子方程式為：PbS+2Fe3＋+2Cl－= PbCl2+2Fe2＋+S ，

因此，本題正確答案是：PbS+2Fe3＋+2Cl－= PbCl2+2Fe2＋+S ；

(2) 將方鉛礦精礦磨成粉末能增大反應接觸面積，加快反應速率；Fe3+、Pb2+以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH值分別為3.2、7.0，加入鹽酸的主要目的是為了控制pH值在0.5~1.0，抑制Fe3+、Pb2+的水解，
因此，本題正確答案是：將方鉛礦精礦磨成粉末；抑制Fe3+、Pb2+離子水解；

(3)產物中加入飽和食鹽水，趁熱過濾，利于PbCl2（s）+2Cl－(aq)PbCl4-(aq)△H＞0

正向進行，使PbCl2溶解，過濾除去硫等雜質，濾液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2＋、Fe3＋等，濾液1蒸發濃縮，冷水浴中冷卻，利用平衡逆向進行，析出PbCl2晶體，操作①應為：趁熱過濾；操作②應為：蒸發濃縮，冷卻結晶；

因此，本題正確答案是：A ； B ；
(4) Ksp(PbSO4)=1.0×10-8<Ksp(PbCl2)=1.6×10-5，結合沉淀的轉化，PbCl2晶體轉化為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，反應的離子方程式為：PbCl2（s）+ SO42-(aq)PbSO4（s）+2Cl-(aq)，該反應的平衡常數K====1.6×103mol/L
因此，本題正確答案是：PbCl2（s）+ SO42-(aq)PbSO4（s）+2Cl-(aq)；1.6×103mol/L；
(5)鉛蓄電池充電時為電解池，陽極發生氧化反應，PbSO4在陽極失去電子，生成PbO2，電極反應式為：PbSO4 -2e- +2H2O =PbO2+SO42-+4H+；

因此，本題正確答案是：PbSO4 -2e- +2H2O =PbO2+SO42-+4H+；（6）41.4gPb的物質的量為：=0.2mol，由電極反應可知：Pb2e-，所以實際輸出電量為：0.2mol×2×96500C/mol=38600C，理論輸出的電量為：Q=It=0.2A×96500s=19300C，

該電池放電的能量轉化率α=實際輸出電量/理論輸出電量×100%=×100%=50%,

因此，本題正確答案是：50%。