Question

14．硫酸铅（PbSO₄）广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等．利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末的流程如下：

已知：（ⅰ）PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^2- （aq）△H＞0
（ⅱ）K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8，K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5
（ⅲ）Fe³⁺、Pb²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、7.04
（1）步骤Ⅰ中FeCl₃溶液与PbS反应生成PbCl₂和S的离子方程式为PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S
，步骤Ⅰ中另一个反应是H₂O₂与FeCl₂、盐酸反应生成FeCl₃，实现FeCl₃的重复利用，其离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入盐酸的另一个目的是为了控制pH在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解．
（2）用化学平衡移动的原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因用冰水浴使反应PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）$\stackrel{降温}{?}$PbCl₄^2-（aq）逆向移动，使PbCl₄^2-不断转化为PbCl₂晶体而析出．
（3）写出PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq）．
（4）滤液3是盐酸．
（5）铅蓄电池的电解液是稀硫酸（22%～28%），充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，铅蓄电池充电时阴极的电极反应式为PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

Answer 1

分析 本题是利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末的工业流程，考查了用离子方程式描述反应原理，结合平衡的理论知识通过降温促进晶体的析出，添加稀酸抑制水解等，涉及铅蓄电池的充放电原理并能写出阴极电解反应式，据此可解答；
（1）步骤Ⅰ中生成物为PbCl₂和S，则加入的盐酸、氯化铁与PbS发生氧化还原反应，S元素化合价升高，则铁元素的化合价降低，据此写出反应的离子方程式；滤液2的主要成分是FeCl₂，与过氧化氢反应又生成FeCl₃，据此写出反应的离子方程式；根据Fe³⁺、Pb²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH进行判断；
（2）根据加入饱和食盐水后存在化学平衡：PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）△H＞0，而在冰水浴中，温度较低，根据温度对化学平衡的影响判断使用冰水浴的原因；
（3）已知：K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5，PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀是因为PbCl₂中加入稀硫酸破坏了氯化铅的溶解平衡，使溶解平衡正向移动生成硫酸铅；
（4）根据（3）可知PbCl₂转化为PbSO₄同时生成HCl，则滤液3为盐酸；
（5）根据充电时铅蓄电池工作原理为电解，根据电解原理及化合价变化写出充电时阴极的电极反应式．

解答 解：（1）步骤Ⅰ中生成PbCl₂和S，则加入的盐酸、氯化铁与PbS发生氧化还原反应，S元素化合价升高，则铁元素的化合价降低，反应的离子方程式为：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S；滤液2的主要成分是FeCl₂，与过氧化氢反应又生成FeCl₃，双氧水作氧化剂，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；Fe³⁺、Pb²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH值分别为3.2、7.04，所以加入盐酸的另一个目的是为了控制PH值在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解，
故答案为：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解；
（2）加入饱和食盐水后存在化学平衡：PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^2-（aq）△H＞0，在冰水浴中，温度较低，使平衡向着逆向移动，从而生成PbCl₂晶体而析出，故答案为：用冰水浴使反应PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）$\stackrel{降温}{?}$PbCl₄^2-（aq）逆向移动，使PbCl₄^2-不断转化为PbCl₂晶体而析出；
（3）根据题中信息可知：K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5，结合沉淀的转化，PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀是因为PbCl₂中加入稀硫酸破坏了氯化铅的溶解平衡，使溶解平衡正向移动生成硫酸铅，反应的离子方程式为：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq），故答案为：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq）；
（4）由（3）可知PbCl₂转化为PbSO₄同时生成HCl，所以滤液3为盐酸溶液，故答案为：盐酸；
（5）铅蓄电池充电时是把电能转化为化学能，相当于电解池装置，所以阴极发生还原反应，Pb的化合价降低成为单质Pb，所以充电时阴极的电极反应式为：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-，故答案为：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

点评 本题通过硫酸铅粉末的制备，考查了物质制备实验方案的设计方法，题目难度中等，注意掌握常见物质制备实验方案的设计方法，正确分析、理解制备流程为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．