Question

【題目】三鹽基硫酸鉛(3PbO·PbSO4·H2O，相對分子質(zhì)量為990)簡稱“三鹽”，白色或微黃色粉末，熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，主要用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑。“三鹽”是由可溶性鉛鹽中加入硫酸生成硫酸鉛，再加氫氧化鈉而制得。以100.0 t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：①Ksp(PbSO4)=1.82×10-8，Ksp(PbCO3)=1.46×10-13；②鉛與冷鹽酸、冷硫酸幾乎不起作用。

請回答下列問題：

(1)寫出步驟①“轉(zhuǎn)化”的化學(xué)方程式：_____，該反應(yīng)能發(fā)生的原因是________。

(2)步驟②“過濾1”后所得濾渣的主要成分為__________。

(3)步驟③“酸溶”，最適合選用的酸為__，為提高酸溶速率，可采取的措施是___________(任意寫出一條)。

(4)從原子利用率的角度分析該流程的優(yōu)點(diǎn)為__________。

(5)步驟⑥“合成”的化學(xué)方程式為___________________。若得到純凈干燥的“三鹽”49.5 t，假設(shè)鉛泥中的鉛元素有80%轉(zhuǎn)化為“三鹽”，則鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____%(結(jié)果保留一位小數(shù))。

Answer 1

【答案】PbSO4+Na2CO3=PbCO3+Na2SO4 Ksp(PbSO4)＞Ksp(PbCO3)，容易實(shí)現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化 Pb、PbO、PbCO3 HNO3 適當(dāng)升溫(適當(dāng)增加硝酸濃度、減小濾渣顆粒大小等合理答案均可) 濾液2(HNO3溶液)可以循環(huán)利用 4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O 51.8

【解析】

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(zhuǎn)化成PbCO3，Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s)，所以濾液Ⅰ的溶質(zhì)主要是Na2SO4和過量的Na2CO3，Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下反應(yīng)：3Pb+8HNO3=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O、PbCO3+2HNO3=Pb(NO3)2+CO2↑+H2O、PbO+2HNO3=Pb(NO3)2+H2O，均轉(zhuǎn)化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加稀H2SO4轉(zhuǎn)化成PbSO4和硝酸，過濾的濾液2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+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O，濾液3主要是硫酸鈉，洗滌沉淀干燥得到三鹽，據(jù)此分析解答。

(1)步驟①向鉛泥中加Na2CO3溶液，由已知信息可知Ksp(PbSO4)＞Ksp(PbCO3)，Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s)，則PbSO4更易轉(zhuǎn)化成PbCO3，所以濾液Ⅰ的溶質(zhì)主要是Na2SO4和過量的Na2CO3；

(2)由分析可知步驟②“過濾1”后所得濾渣的主要成分為Pb、PbO、PbCO3；

(3)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下轉(zhuǎn)化成Pb(NO3)2，若用稀硫酸或鹽酸溶解，產(chǎn)物PbCl2或PbSO4難溶于水，溶解效果差；酸溶時，為提高酸溶速率，可采取的措施是適當(dāng)升溫（或適當(dāng)增大硝酸濃度或減小沉淀微粒大小等）；

(4)從原子利用率的角度分析該流程的優(yōu)點(diǎn)為Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下轉(zhuǎn)化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加稀H2SO4轉(zhuǎn)化成PbSO4和硝酸，HNO3可循環(huán)利用；

(5)步驟⑥合成三鹽的化學(xué)方程式為：4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O，若得到純凈干燥的三鹽49.5t，則其中鉛元素的質(zhì)量為：×49.5t=41.4t，設(shè)鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w，則100.0t鉛泥中鉛元素為100×w，鉛泥中的鉛元素有80%轉(zhuǎn)化為三鹽，有100t×w×80%=41.4t，解得w≈51.8%。