Question

4．工業上用廢舊鉛蓄電池電極填充物鉛泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）回收鉛，流程如下：
已知：K_sp（PbSO₄））=1.6×10^-5；K_sp（PbCO₃）=3.3×10^-14．
回答下列問題：
（1）為提高鉛泥與混合溶液的反應速率，可采取的措施是充分攪拌或適當升高溫度（任寫一點），該反應的離子方程式是PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O
（2）濾液B可用來提取含結晶水的硫酸鹽（摩爾質量為322g/mol），該鹽的化學式是Na₂SO₄•10H₂O，主要實驗步驟為：向該濾液中加入適量的硫酸鈉溶液，蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（3）已知：25℃，101kPa時，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與焦炭反應生成Pb和CO₂的熱化學方程式是2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol．
（4）若與鉛泥反應的FeSO₄為0.2mol，標準狀況下，步驟③、④中共收集到11.2LCO₂．步驟④中還收集到4.48LCO，不考慮流程中鉛元素的損失，則鉛泥中PbSO₄的質量為90.9g．

Answer 1

分析 向鉛泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）中加入硫酸亞鐵和硫酸，二氧化鉛中+4價的鉛與亞鐵離子發生氧化還原反應，生成難溶物硫酸鉛，過濾得到硫酸鉛和濾液A（含三價鐵離子），硫酸鉛與碳酸鈉反應，沉淀轉化為碳酸鉛，同時產生硫酸鈉，過濾得到碳酸鉛，碳酸鉛分解得到氧化鉛，再用焦炭還原得到金屬鉛，據此分析解答．
（1）步驟①為提高反應速率可以采用升高溫度、充分攪拌等方法；二氧化鉛與亞鐵離子在硫酸的作用下發生氧化還原反應生成三價鐵和硫酸鉛；
（2）濾液B的溶質為硫酸鈉，提取含結晶水的硫酸鹽（摩爾質量為322g/mol），硫酸鈉的摩爾質量為142g/mol，據此計算結晶水的個數；主要實驗步驟為：向該濾液中加入適量的硫酸鈉增大濃度，然后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到產品；
（3）根據蓋斯定律計算PbO與焦炭反應生成Pb和CO₂的反應熱，再寫出熱化學反應方程式；
（4）第③步碳酸鉛分解產生的二氧化碳的物質的量與鉛原子物質的量相等，第④步產生的二氧化碳和一氧化碳中的氧全部來至于氧化鉛，根據氧原子守恒建立氧原子與鉛的關系式可解出鉛的物質的量，即硫酸鉛的物質的量，鉛泥中的硫酸鉛不包括第①步反應產生的硫酸鉛．

解答 解：向鉛泥（主要成分PbO₂、PbSO₄）中加入硫酸亞鐵和硫酸，二氧化鉛中+4價的鉛與亞鐵離子發生氧化還原反應，生成難溶物硫酸鉛，過濾得到硫酸鉛和濾液A（含三價鐵離子），硫酸鉛與碳酸鈉反應，沉淀轉化為碳酸鉛，同時產生硫酸鈉，過濾得到碳酸鉛，碳酸鉛分解得到氧化鉛，再用焦炭還原得到金屬鉛．
（1）步驟①為提高反應速率可以采用升高溫度、充分攪拌等方法；二氧化鉛與亞鐵離子在硫酸的作用下發生氧化還原反應生成三價鐵和硫酸鉛，離子反應方程式為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O，
故答案為：充分攪拌或適當升高溫度；PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2Fe²⁺=2Fe³⁺+PbSO₄↓+2H₂O；
（2）濾液B的溶質為硫酸鈉，提取含結晶水的硫酸鹽（摩爾質量為322g/mol），硫酸鈉的摩爾質量為142g/mol，則結晶水的個數為：（322-142）÷18=10，則該結晶水合物的化學式為Na₂SO₄•10H₂O；主要實驗步驟為：向該濾液中加入適量的硫酸鈉增大濃度，然后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到產品，
故答案為：Na₂SO₄•10H₂O；硫酸鈉；冷卻結晶；
（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
根據蓋斯定律（①×2+③-②）÷2得到PbO與焦炭反應生成Pb和CO₂的熱化學方程式是：2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol，
故答案為：2PbO（s）+C（s）═2Pb（s）+CO₂（g）△H=+45KJ/mol；
（4）步驟③、④中共收集到11.2LCO₂，物質的量為0.5mol，設第③步產生的二氧化碳為xmol，第③步碳酸鉛分解產生的二氧化碳的物質的量與鉛原子物質的量相等，第④步產生的二氧化碳為ymol，則有：x+y=0.5①，步驟④中還收集到4.48LCO，物質的量為0.2mol，第④步產生的二氧化碳和一氧化碳中的氧全部來至于氧化鉛，根據氧原子守恒建立氧原子與鉛的關系式為0.2x+2y=x②，根據①②式解得x=0.4，則所有的硫酸鉛的物質的量為0.4mol，鉛泥中的硫酸鉛不包括第①步反應產生的硫酸鉛，第①步產生的硫酸鉛與硫酸亞鐵的關系為：2FeSO₄～PbSO₄，硫酸亞鐵反應0.2mol，硫酸鉛生成0.1mol，則鉛泥中的硫酸鉛為0.3mol，硫酸鉛的摩爾質量為303g/mol，則鉛泥中硫酸鉛的質量為：0.3mol×303g/mol=90.9g，
故答案為：90.9．

點評 本題考查較綜合，涉及混合物的分離和提純、氧化還原反應、定量計算等知識點，試題有利于提高學生的分析、理解能力及化學實驗能力，第（4）題有一定難度．