Question

4．工业上用废旧铅蓄电池电极填充物铅泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）回收铅，流程如下：
已知：K_sp（PbSO₄））=1.6×10^-5；K_sp（PbCO₃）=3.3×10^-14．
回答下列问题：
（1）为提高铅泥与混合溶液的反应速率，可采取的措施是充分搅拌或适当升高温度（任写一点），该反应的离子方程式是PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O
（2）滤液B可用来提取含结晶水的硫酸盐（摩尔质量为322g/mol），该盐的化学式是Na₂SO₄•10H₂O，主要实验步骤为：向该滤液中加入适量的硫酸钠溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（3）已知：25℃，101kPa时，PbO（s）+C（s）═Pb（s）+CO（g）△H=+108.5kJ/mol
2Pb（s）+O₂（g）═2PbO（s）△H=-438kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-565kJ/mol
PbO与焦炭反应生成Pb和CO₂的热化学方程式是2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol．
（4）若与铅泥反应的FeSO₄为0.2mol，标准状况下，步骤③、④中共收集到11.2LCO₂．步骤④中还收集到4.48LCO，不考虑流程中铅元素的损失，则铅泥中PbSO₄的质量为90.9g．

Answer 1

分析 向铅泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）中加入硫酸亚铁和硫酸，二氧化铅中+4价的铅与亚铁离子发生氧化还原反应，生成难溶物硫酸铅，过滤得到硫酸铅和滤液A（含三价铁离子），硫酸铅与碳酸钠反应，沉淀转化为碳酸铅，同时产生硫酸钠，过滤得到碳酸铅，碳酸铅分解得到氧化铅，再用焦炭还原得到金属铅，据此分析解答．
（1）步骤①为提高反应速率可以采用升高温度、充分搅拌等方法；二氧化铅与亚铁离子在硫酸的作用下发生氧化还原反应生成三价铁和硫酸铅；
（2）滤液B的溶质为硫酸钠，提取含结晶水的硫酸盐（摩尔质量为322g/mol），硫酸钠的摩尔质量为142g/mol，据此计算结晶水的个数；主要实验步骤为：向该滤液中加入适量的硫酸钠增大浓度，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品；
（3）根据盖斯定律计算PbO与焦炭反应生成Pb和CO₂的反应热，再写出热化学反应方程式；
（4）第③步碳酸铅分解产生的二氧化碳的物质的量与铅原子物质的量相等，第④步产生的二氧化碳和一氧化碳中的氧全部来至于氧化铅，根据氧原子守恒建立氧原子与铅的关系式可解出铅的物质的量，即硫酸铅的物质的量，铅泥中的硫酸铅不包括第①步反应产生的硫酸铅．

解答 解：向铅泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）中加入硫酸亚铁和硫酸，二氧化铅中+4价的铅与亚铁离子发生氧化还原反应，生成难溶物硫酸铅，过滤得到硫酸铅和滤液A（含三价铁离子），硫酸铅与碳酸钠反应，沉淀转化为碳酸铅，同时产生硫酸钠，过滤得到碳酸铅，碳酸铅分解得到氧化铅，再用焦炭还原得到金属铅．
（1）步骤①为提高反应速率可以采用升高温度、充分搅拌等方法；二氧化铅与亚铁离子在硫酸的作用下发生氧化还原反应生成三价铁和硫酸铅，离子反应方程式为：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O，
故答案为：充分搅拌或适当升高温度；PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O；
（2）滤液B的溶质为硫酸钠，提取含结晶水的硫酸盐（摩尔质量为322g/mol），硫酸钠的摩尔质量为142g/mol，则结晶水的个数为：（322-142）÷18=10，则该结晶水合物的化学式为Na₂SO₄•10H₂O；主要实验步骤为：向该滤液中加入适量的硫酸钠增大浓度，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品，
故答案为：Na₂SO₄•10H₂O；硫酸钠；冷却结晶；
（3）①PbO（s）+C（s）═Pb（s）+CO（g）△H=+108.5kJ/mol
②2Pb（s）+O₂（g）═2PbO（s）△H=-438kJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-565kJ/mol
根据盖斯定律（①×2+③-②）÷2得到PbO与焦炭反应生成Pb和CO₂的热化学方程式是：2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol，
故答案为：2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol；
（4）步骤③、④中共收集到11.2LCO₂，物质的量为0.5mol，设第③步产生的二氧化碳为xmol，第③步碳酸铅分解产生的二氧化碳的物质的量与铅原子物质的量相等，第④步产生的二氧化碳为ymol，则有：x+y=0.5①，步骤④中还收集到4.48LCO，物质的量为0.2mol，第④步产生的二氧化碳和一氧化碳中的氧全部来至于氧化铅，根据氧原子守恒建立氧原子与铅的关系式为0.2x+2y=x②，根据①②式解得x=0.4，则所有的硫酸铅的物质的量为0.4mol，铅泥中的硫酸铅不包括第①步反应产生的硫酸铅，第①步产生的硫酸铅与硫酸亚铁的关系为：2FeSO₄～PbSO₄，硫酸亚铁反应0.2mol，硫酸铅生成0.1mol，则铅泥中的硫酸铅为0.3mol，硫酸铅的摩尔质量为303g/mol，则铅泥中硫酸铅的质量为：0.3mol×303g/mol=90.9g，
故答案为：90.9．

点评 本题考查较综合，涉及混合物的分离和提纯、氧化还原反应、定量计算等知识点，试题有利于提高学生的分析、理解能力及化学实验能力，第（4）题有一定难度．