Question

【题目】硫酸铅可用于铅蓄电池、纤维增重剂、涂料分析试剂。工业上通常用方铅矿(主要成分为PbS)生产硫酸铅。工艺流程如下：

已知：

①25℃，Ksp(PbS)=1.0×10-28，Ksp(PbCl2)=1.6×10-5

②PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq) △H>0

③Fe3+以氢氧化物形式开始沉淀时的pH值为1.9

(1)由于Ksp(PbS)﹤Ksp(PbCl2)，PbS+2HClPbCl2+H2S的反应程度很小，加入FeCl3能增大反应程度，原因是____________________；步骤①反应过程中可观察到有淡黄色固体生成，总反应的离子方程式为_____________________；该步骤需控制溶液的pH<1.9，主要目的是_______________________。

(2)步骤②中饱和食盐水的作用是_________________________。

(3)步骤③中滤液A经过蒸发浓缩、用冰水浴冷却结晶后，还需进行的操作是__________(填操作名称)。

(4)步骤④中，若加入稀硫酸充分反应后所得悬浊液中c(Cl-)=1.0mol·L-1，则c(SO42-)=________[Ksp(PbSO4)=1.6×10-8]。步骤⑤中滤液B用适量试剂X处理后可循环利用，试剂X应选用下列中的_____(填标号)。

a.HNO3 b.Cl2 c.H2O2 d.铁粉

(5)炼铅和用铅都会使水体因重金属铅的含量增大而造成严重污染。水溶液中铅的存在形态主要有Pb2+、Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-。各形态的铅浓度分数x与溶液pH变化的关系如图所示：

①探究Pb2+的性质：向含Pb2+的溶液中逐滴滴加NaOH溶液后先变浑浊，继续滴加NaOH溶液又变澄清，pH为13～14时，溶液中发生的主要反应的离子方程式为__________________。

②除去溶液中的Pb2+：科研小组用一种新型试剂(DH)“捕捉”金属离子，从而去除水中的痕量铅和其他杂质离子，实验结果记录如下：

离子	Pb2+	Ca2+	Fe3+	Mn2+
处理前浓度/(mg·L-l)	0.100	29.8	0.12	0.087
处理后浓度/(mg· L-1)	0.004	22.6	0.04	0.053

若新型试剂(DH)在脱铅过程中主要发生的反应为：2DH(s)+Pb2+(aq)D2Pb(s)+2H+(aq)，则脱铅时最合适的pH约为_____________。该实验中铅的脱除率为_________________。

Answer 1

【答案】 Fe3＋将H2S氧化，使平衡正向移动 PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+2Fe2++S 防止Fe3+水解形成沉淀 将PbCl2固体转化为PbCl42-而溶解 过滤、洗涤（或过滤、洗涤、干燥） 1.0×10-3 mol·L-1 b或c或bc Pb(OH)3-+OH-=Pb(OH)42- 6 96%

【解析】分析：本题以方铅矿为原料生产硫酸铅的流程为载体，考查流程的分析、外界条件对化学平衡的影响、离子方程式的书写、溶液pH的控制、基本实验操作、溶度积的计算、图像的分析、Fe3+和Fe2+的相互转化。方铅矿中的PbS与盐酸和FeCl3加热搅拌反应生成PbCl2、S和FeCl2；根据已知②，步骤②中加入饱和食盐水，PbCl2转化为PbCl42-进入滤液A中，滤液A中主要含Fe2+、PbCl42-、Na+、Cl-；由于反应PbCl2（s）+2Cl-（aq）PbCl42-（aq）的ΔH0，步骤③中滤液A经蒸发浓缩、冰水浴冷却结晶，PbCl42-又转化成PbCl2晶体，经过滤得到的滤液B中主要含Fe2+、Na+、Cl-；步骤④PbCl2晶体中加入稀硫酸实现沉淀的转化得到PbSO4晶体；步骤⑤中加入的试剂X将Fe2+氧化成Fe3+，循环利用。

详解：（1）由于Ksp（PbS）Ksp（PbCl2），PbS+2HClPbCl2+H2S的反应程度很小，加入FeCl3能增大反应程度的原因是：FeCl3与H2S发生反应：2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+，H2S浓度减小，使平衡向正反应方向移动。步骤①反应过程中可观察到有淡黄色固体生成，该淡黄色固体为S，总反应的离子方程式为PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+S+2Fe2+。Fe3+以氢氧化物形式开始沉淀时的pH为1.9，该步骤需控制溶液的pH1.9，主要目的是：防止Fe3+水解形成沉淀。

（2）根据已知②，步骤②中饱和食盐水的作用是：增大c（Cl-），将PbCl2固体转化为PbCl42-而溶解。

（3）步骤③中滤液A经蒸发浓缩、冰水浴冷却结晶，滤液中PbCl42-又转化为PbCl2固体，还需进行的操作是：过滤、洗涤、干燥。

（4）步骤④中的反应为PbCl2（s）+SO42-（aq）PbSO4（s）+2Cl-（aq），该反应的平衡常数K=====103，当c（Cl-）=1.0mol/L，c（SO42-）=c2（Cl-）103=1.010-3mol/L。滤液B中主要含Fe2+、Na+、Cl-；滤液B加入适量X处理后进入步骤①循环利用，试剂X具有氧化性，能将Fe2+氧化成Fe3+。a项，HNO3能将Fe2+氧化成Fe3+，HNO3被还原成NO，NO污染大气，a项不行；b项，Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原成Cl-，b项可以；c项，H2O2能将Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原成H2O，c项可以；d项，铁粉不能将Fe2+氧化成Fe3+，d项不行；答案选b或c或bc。

（5）①根据图像，pH为13~14时，随着NaOH的滴入，铅的主要形态的变化是Pb（OH）3-明显减少，Pb（OH）42-明显增多，pH为13~14时，溶液中发生的主要反应的离子方程式为Pb（OH）3-+OH-=Pb（OH）42-。

②脱铅过程中主要发生的反应为：2DH（s）＋Pb2+（aq）D2Pb（s）＋2H+（aq），pH小于6时上述脱铅反应被抑制；pH为6时，铅的主要存在形态为Pb2+，最有利于脱铅反应；pH大于6时，铅还有Pb（OH）+、Pb（OH）2、Pb（OH）3-、Pb（OH）42-等其他形态，Pb2+的浓度分数减小，不利于Pb2+的“捕捉”；故脱铅时最合适pH约为6。该实验中铅的脱除率为100%=96%。