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(zhì)管、注射成型制品，也可用于人造革等軟質(zhì)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(zhuǎn)化為PbCO3。轉(zhuǎn)化的方程式為：PbSO4(s)+CO32－(aq)=PbCO3(s)+SO42－(aq)，通過計(jì)算(保留2位有效數(shù)字)說明該反應(yīng)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(shí)的離子方程式：___________。

(2)根據(jù)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(huán)利用的溶質(zhì)為___________(填化學(xué)式)。

步驟④“沉鉛”時(shí)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(shí)，所需Pb(NO3)2溶液的最小物質(zhì)的量濃度為___________mol·L－1。

Answer 1

【答案】該反應(yīng)平衡常數(shù)K=1.2×105，所以能進(jìn)行 PbSO4+2HCO3-=PbCO3（s）+SO42-+H2O+CO2↑ 蒸發(fā)（升溫）結(jié)晶 趁熱過濾 適當(dāng)升溫（適當(dāng)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(zhuǎn)化成PbCO3，Na2CO3（aq）+PbSO4（s）=Na2SO4（aq）+PbCO3（s），所以濾液Ⅰ的溶質(zhì)主要是Na2SO4和過量的Na2CO3，濾渣Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下反應(yīng)：3Pb+8HNO3=3Pb（NO3）2+2NO↑+4H2O、PbCO3+2HNO3=Pb（NO3）2+CO2↑+H2O、PbO+2HNO3=Pb（NO3）2+2H2O，均轉(zhuǎn)化成Pb（NO3）2，Pb（NO3）2中加稀H2SO4轉(zhuǎn)化成PbSO4和硝酸，過濾的濾液為HNO3，可循環(huán)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(jù)此分析解答。

(1)反應(yīng)PbSO4(s)+CO32－(aq)=PbCO3(s)+SO42－(aq)的平衡常數(shù)K====1.2×105，由于反應(yīng)平衡常數(shù)大于105，所以反應(yīng)進(jìn)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(shí)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(yīng)平衡常數(shù)K=1.2×105，所以能進(jìn)行 PbSO4+2HCO3-=PbCO3（s）+SO42-+H2O+CO2↑

(2)由圖象分析可知，溫度較高時(shí)析出硫酸鈉，溫度較低時(shí)析出硫酸鈉結(jié)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(fā)（升溫）結(jié)晶、趁熱過濾，洗滌晶體時(shí)用乙醇洗滌避免形成結(jié)晶水合物；

答案：蒸發(fā)（升溫）結(jié)晶 趁熱過濾

(3)提高反應(yīng)速率可以從升溫和適當(dāng)增大反應(yīng)物濃度，增大固體反應(yīng)物接觸面積角度考慮；因?yàn)?/span>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(dāng)升溫（適當(dāng)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(zhuǎn)化成PbSO4和硝酸，過濾后，濾液中的溶質(zhì)主要為HNO3，可循環(huán)利用于酸溶；

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

答案： HNO3 3.64×10-6