Question

18．廢舊鉛蓄電池的回收利用是發展循環經濟的必經之路．其陰、陽極填充物（鉛膏，主要含PbO、PbO₂、PbSO₄）是廢舊鉛蓄電池的主要部分，回收時所得黃丹（PbO）、碳酸鉛可用于合成三鹽基硫酸鉛（組成可表示為3PbO•PbSO₄•H₂O），其工藝流程如下：

（1）用碳酸鹽作轉化劑，將鉛膏中的硫酸鉛轉化為碳酸鉛，轉化反應式如下：
PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）
①下列說法錯誤的是：B．
A．PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大
B．該反應平衡時，c（CO₃^2-）=c（SO₄^2-）
C．該反應的平衡常數K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$
②室溫時，向兩份相同的PbSO₄樣品中分別加入同體積、同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可實現上述轉化，在Na₂CO₃溶液中PbSO₄轉化率較大，理由是相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大．
（2）濾液A能用來回收Na₂SO₄•10H₂O，提取該晶體的主要步驟有蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；檢驗該晶體中陰離子的實驗方法是取少量晶體溶于蒸餾水，然后用鹽酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出現白色沉淀，即證明該晶體中含有SO₄^2-．
（3）物質X是一種可循環使用的物質，其溶質主要是HNO₃ （填化學式），若X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鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率．
（4）生成三鹽基硫酸鉛的離子方程式為4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O．
（5）向鉛膏漿液中加入Na₂SO₃溶液的目的是將其中的PbO₂還原為PbO．若實驗中所取鉛膏的質量為47.8g，其中PbO₂的質量分數為15%，則要將PbO₂全部還原，至少需要加入60mL的0.5mol•L^-1 Na₂SO₃溶液．

Answer 1

分析 （1）①A．用碳酸鹽作轉化劑，將鉛膏中的硫酸鉛轉化為碳酸鉛，說明碳酸鉛的溶解度小于硫酸鉛；
B．濃度不變不一定相等；
C．反應的平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$，其分子和分母同乘以鉛離子的濃度結合Ksp分析；
②碳酸根離子濃度越大硫酸鉛的轉化率越高，而碳酸鈉直接電離產生碳酸根離子，而碳酸氫鈉是多元弱酸的酸式鹽，鹽電離產生的酸根離子碳酸氫根離子微弱的電離產生碳酸根離子；
（2）溶液中得到溶質晶體的方法為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥等操作；該晶體的陰離子為硫酸根離子，根據檢驗硫酸根離子的方法解答；
（3）根據制取流程可知，利用廢舊鉛蓄電池陰、陽極填充物（鉛膏）制備塑料加工熱穩定劑三鹽基硫酸鉛實驗流程．向鉛膏漿液中加入Na₂SO₃溶液的目的是將PbO₂還原PbO，Na₂SO₃+PbO₂=PbO+Na₂SO₄，加Na₂CO₃溶液是將PbSO₄轉化成PbCO₃，所以濾液Ⅰ主要是Na₂SO₄溶液．PbO和PbCO₃在硝酸的作用下轉化成Pb（NO₃）•Pb（NO₃）中加稀H₂SO₄轉化成PbSO₄和硝酸，因此X為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；
（4）根據流程可知，PbSO₄與氫氧根離子反應生成三鹽基硫酸鉛，據此寫出反應的離子方程式；
（5）根據電子守恒可得關系式Na₂SO₃～2e^-～PbO₂，則n（Na₂SO₃）=n（ PbO₂），再根據V=$\frac{n}{c}$計算出需要0.5mol/L Na₂SO₃溶液的體積．

解答 解：（1）①A．用碳酸鹽作轉化劑，將鉛膏中的硫酸鉛轉化為碳酸鉛，說明碳酸鉛的溶解度小于硫酸鉛，所以PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大，故正確；
B．濃度不變不一定相等，故錯誤；
C．根據反應的平衡常數的表達式書寫，K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$的分子和分母同乘以鉛離子的濃度，即K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$，故正確；
故選：B；
②碳酸根離子濃度越大硫酸鉛的轉化率越高，而碳酸鈉直接電離產生碳酸根離子，而碳酸氫鈉是多元弱酸的酸式鹽，鹽電離產生的酸根離子碳酸氫根離子微弱的電離產生碳酸根離子，所以同濃度的兩種鹽，碳酸鈉溶液中的碳酸根離子濃度大于碳酸氫鈉溶液中碳酸根離子的濃度，
故答案為：Na₂CO₃；相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大；
（2）回收Na₂SO₄•10H₂O，溫度不宜過高，否則容易失去結晶水，所以溶液中得到溶質晶體的方法為：蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥等；Na₂SO₄•10H₂O中陰離子為SO₄^2-，檢驗硫酸根離子的方法為：取少量晶體溶于蒸餾水，然后用鹽酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出現白色沉淀，即證明該晶體中含有SO₄^2-，
故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；取少量晶體溶于蒸餾水，然后用鹽酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出現白色沉淀，即證明該晶體中含有SO₄^2-；
（3）由流程可知，PbO和PbCO₃在硝酸的作用下轉化成Pb（NO₃）₂ ，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄轉化成PbSO₄和硝酸，因此X為HNO₃，HNO₃在反應流程中可循環利用；
若母液中殘留的SO₄^2-過多，浸出時部分鉛離子會與SO₄^2-反應生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低了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）硫酸鉛在堿溶液中與氫氧根離子反應生成三鹽基硫酸鉛，反應的離子方程式為：4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O；
（5）向鉛膏漿液中加入Na₂SO₃溶液的目的是將PbO₂還原為PbO，若實驗中所取鉛膏漿液質量為47.8g，其中PbO₂的質量分數為15.0%，要將PbO₂還原，加入的亞硫酸鈉依據化學方程式定量關系和電子守恒計算得到：Na₂SO₃～2e^-～PbO₂，
則：n（Na₂SO₃）=n（ PbO₂）=$\frac{47.8g×15%}{239g/mol}$=0.03mol，
所以需要亞硫酸鈉溶液的體積為：$\frac{0.03mol}{0.5mol/L}$=0.06L=60mL，
故答案為：60．

點評 本題通過三鹽基硫酸鉛的制備流程，考查了物質制備方案的設計方法，題目難度中等，注意掌握物質制備方案的設計原則，正確分析制備流程得出物質的制備原理為解答此類題的關鍵，試題有利于提高學生的分析、理解能力及化學實驗能力，試題的綜合性較強，是一道質量較好的題目．