Question

17．三鹽（3PbO•PbSO₄•H₂O）可用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑，200℃以上開始失去結晶水，不溶于水及有機溶劑．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：PbSO₄和PbCO₃的溶解度和溶度積K_sp如表．

化合物	PbSO4	PbCO3
溶解度/g	1.03×10-4	1.81×10-7
Ksp	1.82×10-8	1.46×10-13

（1）步驟①轉化的目的是將PbSO₄轉化為PbCO₃，濾液1中的溶質為Na₂CO₃和Na₂SO₄（填化學式）．
（2）步驟③酸溶時，為提高酸溶速率，可采取的措施是適當升溫（或適當增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等）（任寫一條）．其中鉛與硝酸反應生成Pb（NO₃）₂和NO的離子方程式為3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）濾液2中可循環(huán)利用的溶質的化學式為HNO₃．若步驟④沉鉛后的濾液中c（Pb²⁺）=1.82×10^-5mol/L，則此時c（SO₄^2-）=1.00×10^-3mol/L．
（4）步驟⑦洗滌操作時，檢驗沉淀是否洗滌完全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，則表明已洗滌完全．
（5）步驟⑥合成三鹽的化學方程式為4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，若得到純凈干燥的三鹽99．Ot，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(shù)為51.75%．

Answer 1

分析 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(huán)利用，向硫酸鉛中加入氫氧化鈉合成三鹽和硫酸鈉，4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，據(jù)此分析解答．

解答 解：（l）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，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），則可將PbSO₄轉化成PbCO₃，所以濾液Ⅰ的溶質主要是Na₂SO₄和過量的Na₂CO₃；
故答案為：將PbSO₄轉化為PbCO₃，提高鉛的利用率；Na₂SO₄；
（2）酸溶時，為提高酸溶速率，可采取的措施是適當升溫（或適當增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等）；鉛與硝酸反應生成Pb（NO₃）₂和NO的離子方程式為：3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案為：適當升溫（或適當增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等）；3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；（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(huán)利用，若步驟④沉鉛后的濾液中c（Pb²⁺）=1.82×10^-5mol/L，已知Ksp（PbSO₄）=1.82×10^-8，則此時c（SO₄^2-）=$\frac{1.82×1{0}^{-8}}{1.82×1{0}^{-5}}$mol/L=1.00×10^-3mol/L；
故答案為：HNO₃；1.00×10^-3；
（4）步驟⑦沉淀表面附著硫酸根離子，檢驗沉淀是否洗凈，檢測其洗滌液是否含有硫酸根離子即可，方法為：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，則表明已洗滌完全；
故答案為：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，則表明已洗滌完全；
（5）從流程看，硫酸鉛和氫氧化鈉反應生成三鹽基硫酸鉛和硫酸鈉，反應方程式為：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，
若得到純凈干燥的三鹽99.0t，則其中鉛元素的質量為：$\frac{828}{990}×99.0t$=82.8t，設鉛泥中鉛元素的質量分數(shù)為w，則200.0t鉛泥中鉛元素為200×w，鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，有200×w×80%=82.8，解得x=51.75%；
故答案為：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；51.75%．

點評 本題考查了物質的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算等，理解工藝流程原理是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．