Question

【題目】三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O，其相對分子質量為990)簡稱“三鹽”，不溶于水及有機溶劑。以鉛泥(PbSO4、PbO、Pb及其他雜質等)為原料制備三鹽的工藝流程如下圖所示

已知：KSP(PbSO4)=1.82×10-8，KSP(PbCO3)=1.46×10-13請回答下列問題：

(1)寫出步驟①“轉化”的主要離子方程式_______。

(2)根據圖溶解度曲線，由濾液I得到Na2SO4固體的操作為：將“濾液1”________、______、用乙醇洗滌后干燥。

(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)

(4)“濾液2”中可循環(huán)利用的溶質為___(填化學式)。若步驟④“沉鉛”后的濾液中c(Pb2+)=1.82×10-5 mol·L-1，則此時c(SO42-)=____mol·L-1。

(5)步驟⑥“合成”三鹽的化學方程式為___________。

(6)若消耗100 t鉛泥，最終得到純凈干燥的三鹽49.5 t，假設鉛泥中的鉛元素有75.0％轉化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質量分數為___。

Answer 1

【答案】PbSO4+ CO32-=PbCO3+ SO4 2- 50℃以上蒸發(fā)結晶 趁熱過濾 適當升溫(適當增加硝酸濃度，或將濾渣粉碎，增大表面積等) HNO3 1×10-3 4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O +3Na2SO4+2H2O 55.2%

【解析】

以鉛泥（主要成分為PbO、Pb及PbSO4等）為原料制備三鹽，由流程可知，向鉛泥中加Na2CO3溶液是將PbSO4轉化成PbCO3，Na2CO3（aq）+PbSO4（s）=Na2SO4（aq）+PbCO3（s），所以濾液Ⅰ的溶質主要是Na2SO4和過量的Na2CO3，Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下反應：3Pb+8HNO3=Pb（NO3）2+2NO↑+4H2O、PbCO3+2HNO3=Pb（NO3）2+CO2↑+H2O、PbO+2HNO3=Pb（NO3）2+2H2O，均轉化成Pb（NO3）2，Pb（NO3）2中加稀H2SO4轉化成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，發(fā)生4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O，濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，以此來解答。

（1）步驟①向鉛泥中加Na2CO3溶液，由表可知PbCO3的溶解度小于PbSO4的溶解度，發(fā)生Na2CO3（aq）+PbSO4（s）=Na2SO4（aq）+PbCO3（s），其離子方程式為CO32-（aq）+PbSO4（s）=SO42-+PbCO3（s）；

（2）圖2中硫酸鈉的溶解度在溫度高時溶解度小，則由濾液1得到Na2SO4固體的操作為：將“濾液1”升溫結晶、趁熱過濾，用乙醇洗滌后干燥；

（3）步驟③“酸溶”，為提高酸溶速率，可采取的措施是適當升溫（或增大硝酸濃度、減小顆粒大小等）；

（4）Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下轉化成Pb（NO3）2，Pb（NO3）2中加稀H2SO4轉化成PbSO4和硝酸，“濾液2”中可循環(huán)利用的溶質為HNO3，若步驟④“沉鉛”后的濾液中c（Pb2+）=1.82×10-5molL-1，則此時c（SO42-）==1×10-3molL-1；

（5）步驟⑥“合成”三鹽的化學方程式為4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O，；

（6）若得到純凈干燥的三鹽49.5t，則其中鉛元素的質量為×49.5t=41.4t，設鉛泥中鉛元素的質量分數為w，則100.0t鉛泥中鉛元素為100×w，鉛泥中的鉛元素有75%轉化為三鹽，有100×w×75%=41.4，解得x=55.20%。