Question

18．废旧铅蓄电池的回收利用是发展循环经济的必经之路．其阴、阳极填充物（铅膏，主要含PbO、PbO₂、PbSO₄）是废旧铅蓄电池的主要部分，回收时所得黄丹（PbO）、碳酸铅可用于合成三盐基硫酸铅（组成可表示为3PbO•PbSO₄•H₂O），其工艺流程如下：

（1）用碳酸盐作转化剂，将铅膏中的硫酸铅转化为碳酸铅，转化反应式如下：
PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）
①下列说法错误的是：B．
A．PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大
B．该反应平衡时，c（CO₃^2-）=c（SO₄^2-）
C．该反应的平衡常数K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$
②室温时，向两份相同的PbSO₄样品中分别加入同体积、同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可实现上述转化，在Na₂CO₃溶液中PbSO₄转化率较大，理由是相同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）较大．
（2）滤液A能用来回收Na₂SO₄•10H₂O，提取该晶体的主要步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；检验该晶体中阴离子的实验方法是取少量晶体溶于蒸馏水，然后用盐酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出现白色沉淀，即证明该晶体中含有SO₄^2-．
（3）物质X是一种可循环使用的物质，其溶质主要是HNO₃ （填化学式），若X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铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率．
（4）生成三盐基硫酸铅的离子方程式为4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O．
（5）向铅膏浆液中加入Na₂SO₃溶液的目的是将其中的PbO₂还原为PbO．若实验中所取铅膏的质量为47.8g，其中PbO₂的质量分数为15%，则要将PbO₂全部还原，至少需要加入60mL的0.5mol•L^-1 Na₂SO₃溶液．

Answer 1

分析 （1）①A．用碳酸盐作转化剂，将铅膏中的硫酸铅转化为碳酸铅，说明碳酸铅的溶解度小于硫酸铅；
B．浓度不变不一定相等；
C．反应的平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$，其分子和分母同乘以铅离子的浓度结合Ksp分析；
②碳酸根离子浓度越大硫酸铅的转化率越高，而碳酸钠直接电离产生碳酸根离子，而碳酸氢钠是多元弱酸的酸式盐，盐电离产生的酸根离子碳酸氢根离子微弱的电离产生碳酸根离子；
（2）溶液中得到溶质晶体的方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥等操作；该晶体的阴离子为硫酸根离子，根据检验硫酸根离子的方法解答；
（3）根据制取流程可知，利用废旧铅蓄电池阴、阳极填充物（铅膏）制备塑料加工热稳定剂三盐基硫酸铅实验流程．向铅膏浆液中加入Na₂SO₃溶液的目的是将PbO₂还原PbO，Na₂SO₃+PbO₂=PbO+Na₂SO₄，加Na₂CO₃溶液是将PbSO₄转化成PbCO₃，所以滤液Ⅰ主要是Na₂SO₄溶液．PbO和PbCO₃在硝酸的作用下转化成Pb（NO₃）•Pb（NO₃）中加稀H₂SO₄转化成PbSO₄和硝酸，因此X为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；
（4）根据流程可知，PbSO₄与氢氧根离子反应生成三盐基硫酸铅，据此写出反应的离子方程式；
（5）根据电子守恒可得关系式Na₂SO₃～2e^-～PbO₂，则n（Na₂SO₃）=n（ PbO₂），再根据V=$\frac{n}{c}$计算出需要0.5mol/L Na₂SO₃溶液的体积．

解答 解：（1）①A．用碳酸盐作转化剂，将铅膏中的硫酸铅转化为碳酸铅，说明碳酸铅的溶解度小于硫酸铅，所以PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大，故正确；
B．浓度不变不一定相等，故错误；
C．根据反应的平衡常数的表达式书写，K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$的分子和分母同乘以铅离子的浓度，即K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$，故正确；
故选：B；
②碳酸根离子浓度越大硫酸铅的转化率越高，而碳酸钠直接电离产生碳酸根离子，而碳酸氢钠是多元弱酸的酸式盐，盐电离产生的酸根离子碳酸氢根离子微弱的电离产生碳酸根离子，所以同浓度的两种盐，碳酸钠溶液中的碳酸根离子浓度大于碳酸氢钠溶液中碳酸根离子的浓度，
故答案为：Na₂CO₃；相同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）较大；
（2）回收Na₂SO₄•10H₂O，温度不宜过高，否则容易失去结晶水，所以溶液中得到溶质晶体的方法为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥等；Na₂SO₄•10H₂O中阴离子为SO₄^2-，检验硫酸根离子的方法为：取少量晶体溶于蒸馏水，然后用盐酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出现白色沉淀，即证明该晶体中含有SO₄^2-，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；取少量晶体溶于蒸馏水，然后用盐酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出现白色沉淀，即证明该晶体中含有SO₄^2-；
（3）由流程可知，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，因此X为HNO₃，HNO₃在反应流程中可循环利用；
若母液中残留的SO₄^2-过多，浸出时部分铅离子会与SO₄^2-反应生成PbSO₄随浸出渣排出，降低了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）硫酸铅在碱溶液中与氢氧根离子反应生成三盐基硫酸铅，反应的离子方程式为：4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O；
（5）向铅膏浆液中加入Na₂SO₃溶液的目的是将PbO₂还原为PbO，若实验中所取铅膏浆液质量为47.8g，其中PbO₂的质量分数为15.0%，要将PbO₂还原，加入的亚硫酸钠依据化学方程式定量关系和电子守恒计算得到：Na₂SO₃～2e^-～PbO₂，
则：n（Na₂SO₃）=n（ PbO₂）=$\frac{47.8g×15%}{239g/mol}$=0.03mol，
所以需要亚硫酸钠溶液的体积为：$\frac{0.03mol}{0.5mol/L}$=0.06L=60mL，
故答案为：60．

点评 本题通过三盐基硫酸铅的制备流程，考查了物质制备方案的设计方法，题目难度中等，注意掌握物质制备方案的设计原则，正确分析制备流程得出物质的制备原理为解答此类题的关键，试题有利于提高学生的分析、理解能力及化学实验能力，试题的综合性较强，是一道质量较好的题目．