Question

【題目】三鹽(3PbO·PbSO4·H2O，相對分子質量為990)可用作聚氯乙烯的熱穩定劑，不溶于水。以200.0t鉛泥(主要成分為PbO、Pb及PbSO4等)為原料制備三鹽的工藝流程如圖所示：

已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8；Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13。回答下列問題：

(1)加Na2CO3溶液轉化的目的是__。

(2)酸溶時，不直接使用H2SO4溶液的原因可能是__；鉛與硝酸在酸溶過程中發生反應的離子方程式為__。

(3)流程中可循環利用的物質是__；洗滌操作時，檢驗沉淀是否洗滌干凈需要的試劑是__。

(4)當沉淀轉化達平衡時，濾液l中c()與c()的比值為__。

(5)50～60℃時合成三鹽的化學方程式為__；若得到純凈干燥的三鹽99.0t，假設鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質量分數為__。

Answer 1

【答案】將PbSO4轉化為PbCO3，提高鉛的利用率 生成的PbSO4為難溶物，阻礙反應持續進行 HNO3 鹽酸、BaCl2溶液 1.25×105 4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O 51.75%

【解析】

以200.0t鉛泥(主要成分為PbO、Pb及PbSO4等)為原料制備三鹽：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，可循環利用，向硫酸鉛中加入氫氧化鈉合成三鹽和硫酸鈉，4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O，濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，以此解答該題。

（1）向鉛泥中加Na2CO3溶液，由題可知PbCO3的溶解度小于PbSO4的溶解度，Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s)，則可將PbSO4轉化成PbCO3，提高鉛的利用率，故答案為：將PbSO4轉化為PbCO3，提高鉛的利用率；

（2）因硫酸鉛難溶于水，不能加入硫酸酸溶，否則生成的PbSO4為難溶物，阻礙反應持續進行，鉛與硝酸反應生成Pb(NO3)2和NO、H2O的離子方程式為：，故答案為：生成的PbSO4為難溶物，阻礙反應持續進行；；

（3）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，HNO3可循環利用，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產生白色沉淀，則表明已洗滌干凈，故答案為：HNO3；鹽酸、BaCl2溶液；

（4）當沉淀轉化達平衡時，濾液l中與的比值為二者對于鉛鹽溶度積之比，為，故答案為：1.25×105；

（5）步驟⑥合成三鹽的化學方程式為：4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O，若得到純凈干燥的三鹽99.0t，則其中鉛元素的質量為：，設鉛泥中鉛元素的質量分數為w，則200.0t鉛泥中鉛元素為200×w，鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，有200×w×80%=82.8，解得x=51.75%，故答案為：4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O；51.75%。