Question

18．廢舊鉛蓄電池的回收利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必經(jīng)之路．其陰、陽(yáng)極填充物（鉛膏，主要含PbO、PbO₂、PbSO₄）是廢舊鉛蓄電池的主要部分，回收時(shí)所得黃丹（PbO）、碳酸鉛可用于合成三鹽基硫酸鉛（組成可表示為3PbO•PbSO₄•H₂O），其工藝流程如下：

（1）用碳酸鹽作轉(zhuǎn)化劑，將鉛膏中的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，轉(zhuǎn)化反應(yīng)式如下：
PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）
①下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是：B．
A．PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大
B．該反應(yīng)平衡時(shí)，c（CO₃^2-）=c（SO₄^2-）
C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$
②室溫時(shí)，向兩份相同的PbSO₄樣品中分別加入同體積、同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化，在Na₂CO₃溶液中PbSO₄轉(zhuǎn)化率較大，理由是相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大．
（2）濾液A能用來(lái)回收Na₂SO₄•10H₂O，提取該晶體的主要步驟有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；檢驗(yàn)該晶體中陰離子的實(shí)驗(yàn)方法是取少量晶體溶于蒸餾水，然后用鹽酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，即證明該晶體中含有SO₄^2-．
（3）物質(zhì)X是一種可循環(huán)使用的物質(zhì)，其溶質(zhì)主要是HNO₃ （填化學(xué)式），若X中殘留的SO₄^2-過(guò)多，循環(huán)利用時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題是浸出時(shí)部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率．
（4）生成三鹽基硫酸鉛的離子方程式為4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O．
（5）向鉛膏漿液中加入Na₂SO₃溶液的目的是將其中的PbO₂還原為PbO．若實(shí)驗(yàn)中所取鉛膏的質(zhì)量為47.8g，其中PbO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，則要將PbO₂全部還原，至少需要加入60mL的0.5mol•L^-1 Na₂SO₃溶液．

Answer 1

分析 （1）①A．用碳酸鹽作轉(zhuǎn)化劑，將鉛膏中的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，說(shuō)明碳酸鉛的溶解度小于硫酸鉛；
B．濃度不變不一定相等；
C．反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$，其分子和分母同乘以鉛離子的濃度結(jié)合Ksp分析；
②碳酸根離子濃度越大硫酸鉛的轉(zhuǎn)化率越高，而碳酸鈉直接電離產(chǎn)生碳酸根離子，而碳酸氫鈉是多元弱酸的酸式鹽，鹽電離產(chǎn)生的酸根離子碳酸氫根離子微弱的電離產(chǎn)生碳酸根離子；
（2）溶液中得到溶質(zhì)晶體的方法為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、干燥等操作；該晶體的陰離子為硫酸根離子，根據(jù)檢驗(yàn)硫酸根離子的方法解答；
（3）根據(jù)制取流程可知，利用廢舊鉛蓄電池陰、陽(yáng)極填充物（鉛膏）制備塑料加工熱穩(wěn)定劑三鹽基硫酸鉛實(shí)驗(yàn)流程．向鉛膏漿液中加入Na₂SO₃溶液的目的是將PbO₂還原PbO，Na₂SO₃+PbO₂=PbO+Na₂SO₄，加Na₂CO₃溶液是將PbSO₄轉(zhuǎn)化成PbCO₃，所以濾液Ⅰ主要是Na₂SO₄溶液．PbO和PbCO₃在硝酸的作用下轉(zhuǎn)化成Pb（NO₃）•Pb（NO₃）中加稀H₂SO₄轉(zhuǎn)化成PbSO₄和硝酸，因此X為HNO₃；
若母液中殘留的SO₄^2-過(guò)多，浸出時(shí)部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率；
（4）根據(jù)流程可知，PbSO₄與氫氧根離子反應(yīng)生成三鹽基硫酸鉛，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（5）根據(jù)電子守恒可得關(guān)系式Na₂SO₃～2e^-～PbO₂，則n（Na₂SO₃）=n（ PbO₂），再根據(jù)V=$\frac{n}{c}$計(jì)算出需要0.5mol/L Na₂SO₃溶液的體積．

解答 解：（1）①A．用碳酸鹽作轉(zhuǎn)化劑，將鉛膏中的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，說(shuō)明碳酸鉛的溶解度小于硫酸鉛，所以PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大，故正確；
B．濃度不變不一定相等，故錯(cuò)誤；
C．根據(jù)反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式書(shū)寫(xiě)，K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$的分子和分母同乘以鉛離子的濃度，即K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$，故正確；
故選：B；
②碳酸根離子濃度越大硫酸鉛的轉(zhuǎn)化率越高，而碳酸鈉直接電離產(chǎn)生碳酸根離子，而碳酸氫鈉是多元弱酸的酸式鹽，鹽電離產(chǎn)生的酸根離子碳酸氫根離子微弱的電離產(chǎn)生碳酸根離子，所以同濃度的兩種鹽，碳酸鈉溶液中的碳酸根離子濃度大于碳酸氫鈉溶液中碳酸根離子的濃度，
故答案為：Na₂CO₃；相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大；
（2）回收Na₂SO₄•10H₂O，溫度不宜過(guò)高，否則容易失去結(jié)晶水，所以溶液中得到溶質(zhì)晶體的方法為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，干燥等；Na₂SO₄•10H₂O中陰離子為SO₄^2-，檢驗(yàn)硫酸根離子的方法為：取少量晶體溶于蒸餾水，然后用鹽酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，即證明該晶體中含有SO₄^2-，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；取少量晶體溶于蒸餾水，然后用鹽酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，即證明該晶體中含有SO₄^2-；
（3）由流程可知，PbO和PbCO₃在硝酸的作用下轉(zhuǎn)化成Pb（NO₃）₂ ，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄轉(zhuǎn)化成PbSO₄和硝酸，因此X為HNO₃，HNO₃在反應(yīng)流程中可循環(huán)利用；
若母液中殘留的SO₄^2-過(guò)多，浸出時(shí)部分鉛離子會(huì)與SO₄^2-反應(yīng)生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低了PbSO₄的產(chǎn)率，
故答案為：HNO₃ ；浸出時(shí)部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產(chǎn)率；
（4）硫酸鉛在堿溶液中與氫氧根離子反應(yīng)生成三鹽基硫酸鉛，反應(yīng)的離子方程式為：4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O；
（5）向鉛膏漿液中加入Na₂SO₃溶液的目的是將PbO₂還原為PbO，若實(shí)驗(yàn)中所取鉛膏漿液質(zhì)量為47.8g，其中PbO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.0%，要將PbO₂還原，加入的亞硫酸鈉依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系和電子守恒計(jì)算得到：Na₂SO₃～2e^-～PbO₂，
則：n（Na₂SO₃）=n（ PbO₂）=$\frac{47.8g×15%}{239g/mol}$=0.03mol，
所以需要亞硫酸鈉溶液的體積為：$\frac{0.03mol}{0.5mol/L}$=0.06L=60mL，
故答案為：60．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)三鹽基硫酸鉛的制備流程，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，注意掌握物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)原則，正確分析制備流程得出物質(zhì)的制備原理為解答此類(lèi)題的關(guān)鍵，試題有利于提高學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，試題的綜合性較強(qiáng)，是一道質(zhì)量較好的題目．