Question

1．三鹽基硫酸鉛（3PbO•PbSO₄•H₂O）簡稱三鹽，白色或微黃色粉末，稍帶甜味、有毒．200℃以上開始失去結晶水，不溶于水及有機溶劑．可用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑．以100.0噸鉛泥（主要成分為PbO、Pb及PbSO₄等）為原料制備三鹽的工藝流程如圖所示．

已知：K_sp（PbSO₄）=1.82×10^-8，K_sp（PbCO₃）=1.46×10^-13．
請回答下列問題：
（1）步驟①轉化的目的是將PbSO₄轉化為PbCO₃，提高鉛的利用率，濾液1中的溶質為Na₂CO₃和Na₂SO₄（填化學式）．
（2）步驟③酸溶時，為提高酸溶速率，可采取的措施是適當升溫（或適當增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等）．   （任寫一條）．其中鉛與硝酸反應生成Pb（NO₃）₂和NO的離子方程式為3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）濾液2中可循環(huán)利用的溶質為HNO₃（填化學式）．若步驟④沉鉛后的濾液中c（Pb²⁺）=1.82×l0^-5mol•L^-1，則此時 c（SO₄^2-）1.00×10^-3mol•L^-1．
（4）步驟⑥合成三鹽的化學方程式為4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O．若得到純凈干燥的三鹽49.5t，假設鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質量分數為51.75%．簡述步驟⑦洗滌沉淀的方法取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產生白色沉淀，則表明已洗滌完全．

Answer 1

分析 以100.0t鉛泥（主要成分為PbO、Pb及PbSO₄等）為原料制備三鹽：向鉛泥中加Na₂CO₃溶液是將PbSO₄轉化成PbCO₃，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），所以濾液Ⅰ的溶質主要是Na₂SO₄和過量的Na₂CO₃，Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下反應：3Pb+8HNO₃=Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、PbCO₃+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+CO₂↑+H₂O、PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+2H₂O，均轉化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄轉化成PbSO₄和硝酸，過濾的濾液為HNO₃，可循環(huán)利用，向硫酸鉛中加入氫氧化鈉合成三鹽和硫酸鈉，4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，據此分析解答．

解答 解：（1）步驟①向鉛泥中加Na₂CO₃溶液，由表可知PbCO₃的溶解度小于PbSO₄的溶解度，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），則可將PbSO₄轉化成PbCO₃，所以濾液Ⅰ的溶質主要是Na₂SO₄和過量的Na₂CO₃；
故答案為：將PbSO₄轉化為PbCO₃，提高鉛的利用率；Na₂SO₄；
（2）酸溶時，為提高酸溶速率，可采取的措施是適當升溫（或適當增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等）；鉛與硝酸反應生成Pb（NO₃）₂和NO的離子方程式為：3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案為：適當升溫（或適當增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等）；3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）Pb、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，HNO₃可循環(huán)利用，若步驟④沉鉛后的濾液中c（Pb²⁺）=1.82×10^-5mol/L，已知Ksp（PbSO₄）=1.82×10^-8，則此時c（SO₄^2-）=$\frac{1.82×1{0}^{-8}}{1.82×1{0}^{-5}}$mol/L=1.00×10^-3mol/L；
故答案為：HNO₃；1.00×10^-3；
（4）步驟⑥合成三鹽的化學方程式為：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，若得到純凈干燥的三鹽49.5t，則其中鉛元素的質量為：$\frac{828}{990}$×49.5t=41.4t，設鉛泥中鉛元素的質量分數為w，則100.0t鉛泥中鉛元素為100×w，鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，有100×w×80%=41.4，解得x=51.75%；步驟⑦沉淀表面附著硫酸根離子，檢驗沉淀是否洗凈，檢測其洗滌液是否含有硫酸根離子即可，方法為：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產生白色沉淀，則表明已洗滌完全；
故答案為：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；51.75%；取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產生白色沉淀，則表明已洗滌完全．

點評 本題考查了物質的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算等，理解工藝流程原理是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．