Question

8．硫酸鉛可用于鉛蓄電池和制作顏料等．利用鉛礦精礦（主要成分為PbS）直接制備硫酸鉛粉末的流程如下：

已知：（1）PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）△H＞0
（2）K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8，K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5
（3）Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH值分別為3.2、7.04
回答下列問題：
（1）往方鉛礦精礦中加入FeCl₃溶液和鹽酸，其中FeCl₃與PbS反應生成PbCl₂和S的化學方程式為2FeCl₃+PbS=PbCl₂+S+2FeCl₂，加入鹽酸的主要目的是為了控制pH在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解
（2）流程圖中加飽和食鹽水、趁熱過濾的目的是利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0正向進行，使PbCl₂溶解
（3）濾液2中加入H₂O₂的目的是將濾液2中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，循環(huán)利用
（4）寫出PbCl₂晶體加入稀硫酸轉化為PbSO₄沉淀的離子方程式PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄ （s）+2Cl^-（aq）
（5）鉛蓄電池的電解液是稀硫酸（22%-28%），充電后兩個電極上沉淀的PbSO₄分別轉化為PbO₂和PbO，鉛蓄電池放電時正極的電極反應式為PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O．若用該鉛蓄電池作電源電解400g飽和食鹽水（都用惰性材料做電極），如果該鉛蓄電池內硫酸的體積為5L，當其濃度從1.5mol/L降至1.3mol/L時，計算剩余溶液中氯化鈉的質量分數(shù)為10.6%（已知該溫度下氯化鈉溶解度為32克，計算結果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 往方鉛礦精礦中加入FeCl₃溶液和鹽酸，F(xiàn)eCl₃與PbS反應生成PbCl₂和S，產(chǎn)物中加入飽和食鹽水，趁熱過濾，利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△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(fā)濃縮，冷水浴中冷卻，利用平衡逆向進行，析出PbCl₂晶體，濾液2中含有Fe²⁺、Fe³⁺，用過氧化氫進行氧化后循環(huán)利用，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，濾液3中含有HCl及硫酸．
（1）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；
由Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，分析加入鹽酸的主要目的；
（2）根據(jù)溫度、濃度對平衡移動的影響進行分析；
（3）過氧化氫將濾液2中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在循環(huán)利用；
（4）PbCl₂晶體中加入稀硫酸，轉化為更難溶的硫酸鉛，反應還生成HCl；
（5）鉛蓄電池充電時為電解池，放電是為原電池，正極發(fā)生還原反應，PbO₂在正極獲得電子，硫酸條件下反應生成PbSO₄與水；
原電池總反應為：PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，根據(jù)消耗的硫酸的量計算轉移電子物質的量，電解飽和氯化鈉溶液，電解池總反應為：2NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂+2NaOH，根據(jù)轉移電子計算參加反應的NaCl的質量，氫氣與氯氣的質量等于溶液質量減少量，結合溶解度計算原溶液中NaCl的質量，再計算剩余溶液中NaCl的質量，進而計算質量分數(shù)．

解答 解：往方鉛礦精礦中加入FeCl₃溶液和鹽酸，F(xiàn)eCl₃與PbS反應生成PbCl₂和S，產(chǎn)物中加入飽和食鹽水，趁熱過濾，利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△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(fā)濃縮，冷水浴中冷卻，利用平衡逆向進行，析出PbCl₂晶體，濾液2中含有Fe²⁺、Fe³⁺，用過氧化氫進行氧化后循環(huán)利用，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，濾液3中含有HCl及硫酸．
（1）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，反應方程式為：2FeCl₃+PbS=PbCl₂+S+2FeCl₂，
Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的PH值分別為3.2、7.04，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，
故答案為：2FeCl₃+PbS=PbCl₂+S+2FeCl₂；抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解；
（2）加飽和食鹽水、趁熱過濾，利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0正向進行，使PbCl₂溶解，
故答案為：利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0正向進行，使PbCl₂溶解；
（3）過氧化氫將濾液2中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再循環(huán)利用，
故答案為：將濾液2中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，循環(huán)利用；
（4）K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（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）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄ （s）+2Cl^-（aq），
故答案為：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄ （s）+2Cl^-（aq）；
（5）鉛蓄電池充電時為電解池，放電是為原電池，正極發(fā)生還原反應，PbO₂在正極獲得電子，硫酸條件下反應生成PbSO₄與水，電極反應式為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O；
原電池總反應為：PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，2mol硫酸反應時轉移2mol電子，消耗的硫酸為5L×（1.5mol/L-1.3mol/L）=1mol，故轉移電子為1mol，電解飽和氯化鈉溶液，電解池總反應為：2NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂+2NaOH，根據(jù)轉移電子守恒，可知參加反應NaCl為1mol，生成H₂、Cl₂各0.5mol，故剩余溶液的質量為400g-0.5mol×（2g/mol+71g/mol）=363.5g，參加反應的NaCl的質量為1mol×58.5g/mol=58.5g，溶液中剩余NaCl為400g×$\frac{32g}{100g+32g}$-58.5g=38.5g，故剩余溶液中NaCl的質量分數(shù)為$\frac{38.5g}{363.5g}$×100%=10.6%，
故答案為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O；10.6%．

點評 本題考查物質制備實驗方案、原電池與電解原理、化學計算等，正確理解制備工藝流程為解答關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力，難度中等．