Question

【題目】某小組利用含鉛廢料(主要含PbO、PbSO4和PbO2)制備化工產(chǎn)品(PbSO4·3PbO·H2O)的工藝流程如圖：

已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13。請(qǐng)回答下列問題：

(1)“轉(zhuǎn)化”時(shí)，加入Na2CO3的目的是將PbSO4轉(zhuǎn)化成PbCO3，其轉(zhuǎn)化原理是___________。PbO2轉(zhuǎn)化為PbCO3的離子方程式為_________。

(2)該流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是_________，若其中殘留過多SO42－，循環(huán)利用可能出現(xiàn)的問題是__________。

(3)一定濃度的硝酸溶解PbCO3和PbO時(shí)，“酸溶”時(shí)，金屬離子浸出率與溫度的關(guān)系如圖所示。當(dāng)溫度為40℃，金屬離子浸出率最高，其主要原因是________。

(4)取一定量的含鉛廢料經(jīng)上述“轉(zhuǎn)化”，假設(shè)含鉛廢料中的PbO2和PbSO4全部轉(zhuǎn)化成PbCO3，且PbO未發(fā)生反應(yīng)，“酸溶”時(shí)共收集到5.6 L CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，“沉鉛”時(shí)得到121.2 g PbSO4。

①原含鉛廢料中含PbO的物質(zhì)的量為__________。

②“合成”時(shí)，加入NaOH的質(zhì)量為__________。

(5)工業(yè)上，電解Pb(NO3)2溶液制備活性電極材料PbO2，其陽極的電極反應(yīng)式為_________。

Answer 1

【答案】溶解度較大的物質(zhì)容易轉(zhuǎn)化成溶解度較小的物質(zhì) PbO2+H2O+SO32-+CO32-=PbCO3+SO42-+2OH- HNO3 PbSO4覆蓋在PbCO3表面阻止反應(yīng) 溫度低于40℃時(shí)反應(yīng)速率慢；溫度高于40℃時(shí)硝酸揮發(fā)和分解速率加快 0.15mol 24g Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+

【解析】

含鉛廢料的主要成分為PbO、PbSO4和PbO2，加入Na2SO3后產(chǎn)物為PbO、PbCO3，PbO2中鉛元素化合價(jià)降低，說明發(fā)生氧化還原反應(yīng)；加入稀硝酸溶解難溶的PbO、PbCO3，再加稀硫酸生成硫酸鉛，最后加入氫氧化鈉溶液得到產(chǎn)物。由已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13可知，PbSO4溶解度大于PbCO3。

（1）由溶度積可知，PbSO4的溶解度大于PbCO3，所以加入碳酸鈉將PbSO4轉(zhuǎn)化為PbCO3。加入Na2SO3后PbO2中鉛元素化合價(jià)降低，Na2SO3還原PbO2，S元素化合價(jià)升高，根據(jù)電子守恒，得到離子方程式PbO2+H2O+SO32-+CO32-=PbCO3+SO42-+2OH-。

（2）“沉鉛”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)Pb(NO3)2+H2SO4=PbSO4+2HNO3，硝酸在“酸溶”過程中做為反應(yīng)物，故可循環(huán)利用的物質(zhì)為HNO3。稀硝酸中殘留過多SO42－，會(huì)生成難溶的硫酸鉛，PbSO4覆蓋在PbCO3表面，阻止碳酸鉛與稀硝酸反應(yīng)。

（3）由圖象可知，當(dāng)溫度低于40℃時(shí)反應(yīng)速率慢，金屬離子浸出率低；溫度高于40℃時(shí)硝酸揮發(fā)和分解速率加快，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)減慢，金屬離子浸出率降低。

（4）①“沉鉛”時(shí)得到121.2 g PbSO4，n(PbSO4)=，“酸溶”時(shí)共收集到5.6 L CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，n(CO2)=0.25mol。“轉(zhuǎn)化”過程中PbSO4和PbO2轉(zhuǎn)化為PbCO3，酸溶”時(shí)PbCO3與稀硝酸反應(yīng)生成CO2，故原料中PbSO4和PbO2共0.25mol，而PbO、PbSO4和PbO2的總物質(zhì)的量為0.4mol，故原含鉛廢料中含PbO的物質(zhì)的量為0.15mol。

②加入氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)PbSO4+2NaOH=PbO+Na2SO4+H2O，由產(chǎn)品組成PbSO4·3PbO·H2O可知，0.4molPbSO4中有0.3mol轉(zhuǎn)化為0.3mol PbO，根據(jù)化學(xué)方程式可知，加入NaOH的物質(zhì)的量為0.6mol，質(zhì)量為0.6mol×40gmol-1=24g。

(5)陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，水提供氧元素生成的PbO2和HNO3，故陽極的電極反應(yīng)式為Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+。