Question

14．硫酸鉛廣泛應(yīng)用于制造蓄電池、白色顏料等．利用鋅冶煉過程中的鉛浮渣生產(chǎn)硫酸鉛的流程如下：
已知鉛浮渣的主要成分是PbO、Pb，還含有少量Zn、CaO和其他不溶于硝酸的雜質(zhì)．25℃時，K_sp（CaSO₄）=4.9×10^-5，K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8．
回答下列問題：
（1）已知步驟Ⅰ中還原產(chǎn)物只有NO，浸出液中的金屬陽離子主要是Pb²⁺．分別寫出PbO、Pb與硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O、3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）若將步驟Ⅱ中的Pb²⁺完全轉(zhuǎn)化成PbSO₄沉淀，則溶液中的c（SO₄^2-）至少為：1.6×10^-3mol/L．
（3）母液可循環(huán)用于步驟Ⅰ，其可利用的溶質(zhì)主要是HNO₃（填化學(xué)式），若母液中殘留的SO₄^2-過多，循環(huán)利用時可能出現(xiàn)的問題是浸出時部分Pb²⁺生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率．
（4）步驟Ⅲ中需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌濾渣，分離得產(chǎn)品PbSO₄．目的是除去CaSO₄，離子反應(yīng)方程式CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺．
（5）鉛蓄電池的電解液是硫酸，充電后兩個電極上沉積的PbSO₄分別轉(zhuǎn)化為PbO₂和Pb，充電時陰極的電極反應(yīng)式為PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）氧化鉛屬于堿性氧化物和硝酸反應(yīng)生成鹽和水，根據(jù)題給信息硝酸把鉛氧化成Pb²⁺，硝酸被還原成NO，據(jù)此寫出方程式；
（2）Pb²⁺完全轉(zhuǎn)化成PbSO₄沉淀離子濃度小于10^-5mol/L，結(jié)合溶度積計算；
（3）Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸鉛沉淀和硝酸，過濾得濾液含硝酸；若母液中殘留的SO₄^2-過多，浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率；
（4）硫酸鈣微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，除去CaSO₄；
（5）充電過程中原電池的負(fù)極連接電源負(fù)極做電解池的陰極發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）氧化鉛屬于堿性氧化物和硝酸反應(yīng)生成鹽和水，根據(jù)題給信息硝酸把鉛氧化成Pb²⁺，硝酸被還原成NO，故反應(yīng)方程式為PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O、3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案為：PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O；3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）Pb²⁺完全轉(zhuǎn)化成PbSO₄沉淀離子濃度小于10^-5mol/L，K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8．則c（SO₄^2-）=$\frac{Ksp}{1{0}^{-5}}$=$\frac{1.6×1{0}^{-8}}{1{0}^{-5}}$=1.6×10^-3mol/L，
故答案為：1.6×10^-3mol/L；
（3）Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸鉛沉淀和硝酸，所以母液可循環(huán)利用于步驟I，其溶質(zhì)主要是HNO₃，
若母液中殘留的SO₄^2-過多，浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率；
故答案為：HNO₃；浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率；
（4）硫酸鈣微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，除去CaSO₄，離子方程式為：CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺，
故答案為：Pb（NO₃）₂，CaSO₄雜質(zhì)，CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺；
（5）充電過程中原電池的負(fù)極連接電源負(fù)極做電解池的陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：PbSO₄+2e^-=Pb+2SO₄^2-，故答案為：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

點評 本題考查了生產(chǎn)硫酸鉛的工藝流程、硝酸的性質(zhì)等，還涉及基本的實驗操作，考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力，題目難度中等．