Question

14．硫酸铅广泛应用于制造蓄电池、白色颜料等．利用锌冶炼过程中的铅浮渣生产硫酸铅的流程如下：
已知铅浮渣的主要成分是PbO、Pb，还含有少量Zn、CaO和其他不溶于硝酸的杂质．25℃时，K_sp（CaSO₄）=4.9×10^-5，K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8．
回答下列问题：
（1）已知步骤Ⅰ中还原产物只有NO，浸出液中的金属阳离子主要是Pb²⁺．分别写出PbO、Pb与硝酸反应的化学方程式PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O、3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）若将步骤Ⅱ中的Pb²⁺完全转化成PbSO₄沉淀，则溶液中的c（SO₄^2-）至少为：1.6×10^-3mol/L．
（3）母液可循环用于步骤Ⅰ，其可利用的溶质主要是HNO₃（填化学式），若母液中残留的SO₄^2-过多，循环利用时可能出现的问题是浸出时部分Pb²⁺生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率．
（4）步骤Ⅲ中需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗涤滤渣，分离得产品PbSO₄．目的是除去CaSO₄，离子反应方程式CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺．
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）氧化铅属于碱性氧化物和硝酸反应生成盐和水，根据题给信息硝酸把铅氧化成Pb²⁺，硝酸被还原成NO，据此写出方程式；
（2）Pb²⁺完全转化成PbSO₄沉淀离子浓度小于10^-5mol/L，结合溶度积计算；
（3）Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸铅沉淀和硝酸，过滤得滤液含硝酸；若母液中残留的SO₄^2-过多，浸出时部分铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率；
（4）硫酸钙微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗涤，除去CaSO₄；
（5）充电过程中原电池的负极连接电源负极做电解池的阴极发生还原反应．

解答 解：（1）氧化铅属于碱性氧化物和硝酸反应生成盐和水，根据题给信息硝酸把铅氧化成Pb²⁺，硝酸被还原成NO，故反应方程式为PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O、3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案为：PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O；3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）Pb²⁺完全转化成PbSO₄沉淀离子浓度小于10^-5mol/L，K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8．则c（SO₄^2-）=$\frac{Ksp}{1{0}^{-5}}$=$\frac{1.6×1{0}^{-8}}{1{0}^{-5}}$=1.6×10^-3mol/L，
故答案为：1.6×10^-3mol/L；
（3）Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸铅沉淀和硝酸，所以母液可循环利用于步骤I，其溶质主要是HNO₃，
若母液中残留的SO₄^2-过多，浸出时部分铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率；
故答案为：HNO₃；浸出时部分铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率；
（4）硫酸钙微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗涤，除去CaSO₄，离子方程式为：CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺，
故答案为：Pb（NO₃）₂，CaSO₄杂质，CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺；
（5）充电过程中原电池的负极连接电源负极做电解池的阴极发生还原反应，电极反应为：PbSO₄+2e^-=Pb+2SO₄^2-，故答案为：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

点评 本题考查了生产硫酸铅的工艺流程、硝酸的性质等，还涉及基本的实验操作，考查学生分析问题和解决问题的能力，题目难度中等．