Question

4．工業(yè)上用廢舊鉛蓄電池電極填充物鉛泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）回收鉛，流程如下：
已知：K_sp（PbSO₄））=1.6×10^-5；K_sp（PbCO₃）=3.3×10^-14．
回答下列問題：
（1）為提高鉛泥與混合溶液的反應(yīng)速率，可采取的措施是充分?jǐn)嚢杌蜻m當(dāng)升高溫度（任寫一點），該反應(yīng)的離子方程式是PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O
（2）濾液B可用來提取含結(jié)晶水的硫酸鹽（摩爾質(zhì)量為322g/mol），該鹽的化學(xué)式是Na₂SO₄•10H₂O，主要實驗步驟為：向該濾液中加入適量的硫酸鈉溶液，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（3）已知：25℃，101kPa時，PbO（s）+C（s）═Pb（s）+CO（g）△H=+108.5kJ/mol
2Pb（s）+O₂（g）═2PbO（s）△H=-438kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-565kJ/mol
PbO與焦炭反應(yīng)生成Pb和CO₂的熱化學(xué)方程式是2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol．
（4）若與鉛泥反應(yīng)的FeSO₄為0.2mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，步驟③、④中共收集到11.2LCO₂．步驟④中還收集到4.48LCO，不考慮流程中鉛元素的損失，則鉛泥中PbSO₄的質(zhì)量為90.9g．

Answer 1

分析 向鉛泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）中加入硫酸亞鐵和硫酸，二氧化鉛中+4價的鉛與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成難溶物硫酸鉛，過濾得到硫酸鉛和濾液A（含三價鐵離子），硫酸鉛與碳酸鈉反應(yīng)，沉淀轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，同時產(chǎn)生硫酸鈉，過濾得到碳酸鉛，碳酸鉛分解得到氧化鉛，再用焦炭還原得到金屬鉛，據(jù)此分析解答．
（1）步驟①為提高反應(yīng)速率可以采用升高溫度、充分?jǐn)嚢璧确椒ǎ欢�氧化鉛與亞鐵離子在硫酸的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成三價鐵和硫酸鉛；
（2）濾液B的溶質(zhì)為硫酸鈉，提取含結(jié)晶水的硫酸鹽（摩爾質(zhì)量為322g/mol），硫酸鈉的摩爾質(zhì)量為142g/mol，據(jù)此計算結(jié)晶水的個數(shù)；主要實驗步驟為：向該濾液中加入適量的硫酸鈉增大濃度，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)品；
（3）根據(jù)蓋斯定律計算PbO與焦炭反應(yīng)生成Pb和CO₂的反應(yīng)熱，再寫出熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（4）第③步碳酸鉛分解產(chǎn)生的二氧化碳的物質(zhì)的量與鉛原子物質(zhì)的量相等，第④步產(chǎn)生的二氧化碳和一氧化碳中的氧全部來至于氧化鉛，根據(jù)氧原子守恒建立氧原子與鉛的關(guān)系式可解出鉛的物質(zhì)的量，即硫酸鉛的物質(zhì)的量，鉛泥中的硫酸鉛不包括第①步反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鉛．

解答 解：向鉛泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）中加入硫酸亞鐵和硫酸，二氧化鉛中+4價的鉛與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成難溶物硫酸鉛，過濾得到硫酸鉛和濾液A（含三價鐵離子），硫酸鉛與碳酸鈉反應(yīng)，沉淀轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，同時產(chǎn)生硫酸鈉，過濾得到碳酸鉛，碳酸鉛分解得到氧化鉛，再用焦炭還原得到金屬鉛．
（1）步驟①為提高反應(yīng)速率可以采用升高溫度、充分?jǐn)嚢璧确椒�；二氧化鉛與亞鐵離子在硫酸的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成三價鐵和硫酸鉛，離子反應(yīng)方程式為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O，
故答案為：充分?jǐn)嚢杌蜻m當(dāng)升高溫度；PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O；
（2）濾液B的溶質(zhì)為硫酸鈉，提取含結(jié)晶水的硫酸鹽（摩爾質(zhì)量為322g/mol），硫酸鈉的摩爾質(zhì)量為142g/mol，則結(jié)晶水的個數(shù)為：（322-142）÷18=10，則該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為Na₂SO₄•10H₂O；主要實驗步驟為：向該濾液中加入適量的硫酸鈉增大濃度，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)品，
故答案為：Na₂SO₄•10H₂O；硫酸鈉；冷卻結(jié)晶；
（3）①PbO（s）+C（s）═Pb（s）+CO（g）△H=+108.5kJ/mol
②2Pb（s）+O₂（g）═2PbO（s）△H=-438kJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-565kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律（①×2+③-②）÷2得到PbO與焦炭反應(yīng)生成Pb和CO₂的熱化學(xué)方程式是：2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol，
故答案為：2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol；
（4）步驟③、④中共收集到11.2LCO₂，物質(zhì)的量為0.5mol，設(shè)第③步產(chǎn)生的二氧化碳為xmol，第③步碳酸鉛分解產(chǎn)生的二氧化碳的物質(zhì)的量與鉛原子物質(zhì)的量相等，第④步產(chǎn)生的二氧化碳為ymol，則有：x+y=0.5①，步驟④中還收集到4.48LCO，物質(zhì)的量為0.2mol，第④步產(chǎn)生的二氧化碳和一氧化碳中的氧全部來至于氧化鉛，根據(jù)氧原子守恒建立氧原子與鉛的關(guān)系式為0.2x+2y=x②，根據(jù)①②式解得x=0.4，則所有的硫酸鉛的物質(zhì)的量為0.4mol，鉛泥中的硫酸鉛不包括第①步反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鉛，第①步產(chǎn)生的硫酸鉛與硫酸亞鐵的關(guān)系為：2FeSO₄～PbSO₄，硫酸亞鐵反應(yīng)0.2mol，硫酸鉛生成0.1mol，則鉛泥中的硫酸鉛為0.3mol，硫酸鉛的摩爾質(zhì)量為303g/mol，則鉛泥中硫酸鉛的質(zhì)量為：0.3mol×303g/mol=90.9g，
故答案為：90.9．

點評 本題考查較綜合，涉及混合物的分離和提純、氧化還原反應(yīng)、定量計算等知識點，試題有利于提高學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰�，第�?）題有一定難度．