Question

3．三盐（3PbO•PbSO₄•H₂O，相对分子质量为990）可用作聚氯乙烯的热稳定剂，不溶于水．以200.0t铅泥（主要成分为PbO、Pb及PbSO₄等）为原料制备三盐的工艺流程如图所示．

已知：K_sp（PbSO₄）=1.82×l0^-8；K_sp（PbCO₃）=l.46×l0^-13．
回答下列问题：
（1）加Na₂CO₃溶液转化的目的是将PbSO₄转化为PbCO₃，提高铅的利用率．
（2）酸溶时，不直接使用H₂SO₄溶液的原因可能是生成的PbSO₄为难溶物，阻碍反应持续进行；铅与硝酸在酸溶过程中发生反应的离子方程式为3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）流程中可循环利用的物质是HNO₃；洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤干净的方法是取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤干净．
（4）当沉淀转化达平衡时，滤液l中c（SO₄^2-）与c（CO₃^2-）的比值为1.25×10⁵．
（5）50-60℃时合成三盐的化学方程式为4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；若得到纯净干燥的三盐99.0t，假设铅泥中的铅元素有80%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为51.75%．

Answer 1

分析 以200.0t铅泥（主要成分为PbO、Pb及PbSO₄等）为原料制备三盐：向铅泥中加Na₂CO₃溶液是将PbSO₄转化成PbCO₃，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na₂SO₄和过量的Na₂CO₃，Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下反应：3Pb+8HNO₃=Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、PbCO₃+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+CO₂↑+H₂O、PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+2H₂O，均转化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄转化成PbSO₄和硝酸，过滤的滤液为HNO₃，可循环利用，向硫酸铅中加入氢氧化钠合成三盐和硫酸钠，4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，滤液3主要是硫酸钠，洗涤沉淀干燥得到三盐，以此解答该题．

解答 解：（1）向铅泥中加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），则可将PbSO₄转化成PbCO₃，提高铅的利用率，
故答案为：将PbSO₄转化为PbCO₃，提高铅的利用率；
（2）因硫酸铅微溶于水，不能加入硫酸酸溶，否则生成生成的PbSO₄为难溶物，阻碍反应持续进行，铅与硝酸反应生成Pb（NO₃）₂和NO的离子方程式为：3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：生成的PbSO₄为难溶物，阻碍反应持续进行；3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下转化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄转化成PbSO₄和硝酸，HNO₃可循环利用，检验沉淀是否洗涤干净的方法是取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤干净，
故答案为：HNO₃；取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤干净；
（4）当沉淀转化达平衡时，滤液l中c（SO₄^2-）与c（CO₃^2-）的比值为溶度积之比，为$\frac{1.82×1{0}^{-8}}{1.46×1{0}^{-13}}$=1.25×10⁵，
故答案为：1.25×10⁵；
（5）步骤⑥合成三盐的化学方程式为：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，若得到纯净干燥的三盐99.0t，则其中铅元素的质量为：$\frac{828}{990}$×99.0t=82.8t，设铅泥中铅元素的质量分数为w，则200.0t铅泥中铅元素为200×w，铅泥中的铅元素有80%转化为三盐，有200×w×80%=82.8，解得x=51.75%，
故答案为：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50-60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；51.75%．

点评 本题考查了物质的制备，为高频考点，侧重考查学生的分析能力、实验能力和计算能力，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．