Question

【题目】硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。工业生产中利用方铅矿(主要成分为PbS，含有FeS2等杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)制备PbSO4的工艺流程如图：

已知：

i．PbCl2 难溶于冷水，易溶于热水

ii．PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq) △H＞0

iii．Ksp(PbSO4) =1.08×10-8，Ksp(PbCl2)=1.6×10-5

(1)“浸取”过程中盐酸与MnO2、PbS 发生反应生成PbCl2和S的化学方程式为___________________；

(2)沉降操作时加入冰水的作用是____________________________；

(3)20℃时，PbCl2(s)在不同浓度盐酸中的最大溶解量(g·L-1)如图所示。下列叙述正确的是___________(填字母)

A．盐酸浓度越小，Ksp(PbCl2)越小

B．x、y两点对应的溶液中c(Pb2+) 不相等

C．当盐酸浓度为1mol·L-1时，溶液中c(Pb2+)一定最小

D．当盐酸浓度小于1mol·L-1时，随HCl浓度增大，PbCl2 溶解量减少是因为Cl-浓度增大使PbCl2溶解平衡逆向移动

(4)调pH的目的是_________________________________，操作I的方法是____________________；PbCl2“转化”后得到PbSO4，当c(Cl-)=0.100mol/L时，c(SO42-)=_________________________；

(5)滤液a经过处理后可以返回到__________________工序循环使用。利用制备的硫酸铅与氢氧化钠反应制备目前用量最大的热稳定剂—三盐基硫酸(3PbO·PbSO4·H2O)，写出该反应的反应方程式________________________。

Answer 1

【答案】MnO2+PbS+4HCl=PbCl2+S+MnCl2 +2H2O PbCl2难溶于冷水，降低PbCl2的溶解度，便于析出PbCl2晶体 BD 使Fe3+沉淀而除去 过滤 6.75×10-6 浸取 4PbSO4+6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O

【解析】

方铅矿精矿(主要成分为PbS，含有FeS2等杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)中加入稀盐酸，根据酸性废液中的成分可知该过程中PbS中部分S元素被氧化成硫酸根离子，MnO2被还原成Mn2+，加入的NaCl可促进反应PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)平衡正向移动使更多的Pb元素存在于溶液中，加入NaOH溶液调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，过滤得到氢氧化铁、矿渣和滤液；PbCl2难溶于冷水，将滤液液冷水沉降过滤得到PbCl2晶体，之后加入稀硫酸发生沉淀转化，生成硫酸铅晶体，过滤得到晶体烘干得到硫酸铅粉末，滤液a中主要成分为HCl。

(1)根据题意可知该过程中MnO2将PbS2中的S元素氧化成S单质，锰元素被还原成Mn2+，根据电子守恒和元素守恒可得方程式为MnO2+PbS+4HCl=PbCl2+S+MnCl2 +2H2O；

(2)根据题目信息可知氯化铅难溶于冷水，加入冰水可降低PbCl2的溶解度，便于析出PbCl2晶体；

(3)PbCl2是微溶化合物，溶于水存在下列平衡：PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)，由图象可知在浓度为1mol/L时溶解量最小，小于1mol/L时，主要是电离出的氯离子抑制氯化铅的溶解，大于1mol/L时，可发生络合反应：PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)，而促进溶解。

A．Ksp(PbCl2)只受温度的影响，温度不变，则Ksp(PbCl2)不变，故A错误；

B．根据分析可知x、y两点对应的溶液中的溶质不同，所以c(Pb2+)不相等，故B正确；

C．根据分析可知当盐酸浓度大于1mol/L时，可发生反应：PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)，所以此时c(Pb2+)不一定最小，故C错误；

D．根据分析可知盐酸浓度小于1mol·L-1时，主要存在平衡PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)，氯离子的增多使平衡逆向移动，故D正确；

综上所述选BD；

(4)溶液中有杂质铁离子，调pH值可使Fe3+沉淀而除去；分离固体和液体的操作为过滤；沉淀转化的方程式为PbCl2(s)+SO42-(aq)PbSO4(s)+2Cl-(aq)，该反应的平衡常数K=，所以当c(Cl-)=0.100mol/L时，c(SO42-)=6.75×10-6mol/L；

(5)滤液a中的主要溶质为HCl，所以经处理后可以返回到浸取工序循环使用；反应物有PbSO4和NaOH，生成中有3PbO·PbSO4·H2O ，根据元素化合价的变化可知该反应不是氧化还原反应，所有根据元素守恒可得方程式：4PbSO4+6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O。