Question

14．硫酸鉛廣泛應用于制造蓄電池、白色顏料等．利用鋅冶煉過程中的鉛浮渣生產硫酸鉛的流程如下：
已知鉛浮渣的主要成分是PbO、Pb，還含有少量Zn、CaO和其他不溶于硝酸的雜質．25℃時，K_sp（CaSO₄）=4.9×10^-5，K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8．
回答下列問題：
（1）已知步驟Ⅰ中還原產物只有NO，浸出液中的金屬陽離子主要是Pb²⁺．分別寫出PbO、Pb與硝酸反應的化學方程式PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O、3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）若將步驟Ⅱ中的Pb²⁺完全轉化成PbSO₄沉淀，則溶液中的c（SO₄^2-）至少為：1.6×10^-3mol/L．
（3）母液可循環用于步驟Ⅰ，其可利用的溶質主要是HNO₃（填化學式），若母液中殘留的SO₄^2-過多，循環利用時可能出現的問題是浸出時部分Pb²⁺生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率．
（4）步驟Ⅲ中需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌濾渣，分離得產品PbSO₄．目的是除去CaSO₄，離子反應方程式CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺．
（5）鉛蓄電池的電解液是硫酸，充電后兩個電極上沉積的PbSO₄分別轉化為PbO₂和Pb，充電時陰極的電極反應式為PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）氧化鉛屬于堿性氧化物和硝酸反應生成鹽和水，根據題給信息硝酸把鉛氧化成Pb²⁺，硝酸被還原成NO，據此寫出方程式；
（2）Pb²⁺完全轉化成PbSO₄沉淀離子濃度小于10^-5mol/L，結合溶度積計算；
（3）Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸鉛沉淀和硝酸，過濾得濾液含硝酸；若母液中殘留的SO₄^2-過多，浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率；
（4）硫酸鈣微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，除去CaSO₄；
（5）充電過程中原電池的負極連接電源負極做電解池的陰極發生還原反應．

解答 解：（1）氧化鉛屬于堿性氧化物和硝酸反應生成鹽和水，根據題給信息硝酸把鉛氧化成Pb²⁺，硝酸被還原成NO，故反應方程式為PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O、3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案為：PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+H₂O；3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）Pb²⁺完全轉化成PbSO₄沉淀離子濃度小于10^-5mol/L，K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8．則c（SO₄^2-）=$\frac{Ksp}{1{0}^{-5}}$=$\frac{1.6×1{0}^{-8}}{1{0}^{-5}}$=1.6×10^-3mol/L，
故答案為：1.6×10^-3mol/L；
（3）Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸鉛沉淀和硝酸，所以母液可循環利用于步驟I，其溶質主要是HNO₃，
若母液中殘留的SO₄^2-過多，浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率；
故答案為：HNO₃；浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率；
（4）硫酸鈣微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，除去CaSO₄，離子方程式為：CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺，
故答案為：Pb（NO₃）₂，CaSO₄雜質，CaSO₄+Pb²⁺=PbSO₄+Ca²⁺；
（5）充電過程中原電池的負極連接電源負極做電解池的陰極發生還原反應，電極反應為：PbSO₄+2e^-=Pb+2SO₄^2-，故答案為：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

點評 本題考查了生產硫酸鉛的工藝流程、硝酸的性質等，還涉及基本的實驗操作，考查學生分析問題和解決問題的能力，題目難度中等．