题目内容

17．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图1：

已知：（ⅰ）PbCl2（s）+2Cl-（aq）?PbCl42-（aq）△H＞0
Ksp开始沉淀时pH完全沉淀时pH
PbSO41.08×10-8Fe （OH）32.73.7
PbCl21.6×10-5Pb（ OH）267.04
（ⅱ）有关物质的Ksp和沉淀时的pH如下：
（1）步骤Ⅰ中生成PbCl2的离子方程式PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2↓+2Fe2++S↓，加入盐酸控制pH值小于2，原因是抑制Fe3+、Pb2+的水解，防止生成Fe（OH）3、Pb（OH）2沉淀．
（2）用化学平衡移动原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因用冰水浴使反应PbCl2（s）+2Cl-（aq）?PbCl42-（aq）逆向移动，使PbCl42-不断转化为PbCl2晶体而析出．若原料中FeCl3过量，则步骤Ⅱ得到的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是Fe3+水解生成Fe（OH）3胶体，吸附溶液中悬浮杂质，被共同沉淀．
（3）写出步骤Ⅲ中PbCl2晶体转化为PbSO4沉淀的离子方程式PbCl2（s）+SO42-（aq）=PbSO4（s）+2Cl-（aq）．
（4）请用离子方程式解释滤液2加入H2O2可循环利用的原因2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O．
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的PbSO4分别转化为PbO2和Pb，充电时阴极的电极反应式为PbSO4+2e-=Pb+SO42-．
（6）双隔膜电解池的结构示意简图如图2所示，利用铅蓄电池电解硫酸钠溶液可以制取硫酸和氢氧化钠，并得到氢气和氧气．对该装置及其原理判断正确的是AD
A．A溶液为氢氧化钠，B溶液为硫酸
B．C1极与铅蓄电池的PbO2电极相接、C2极与铅蓄电池的Pb电极相接
C．当C1极产生标准状况下11.2L气体时，铅蓄电池的负极增重49g
D．该电解反应的总方程式可以表示为：2Na2SO4+6H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑

分析 利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末，在方铅矿精矿中加入盐酸和过量氯化铁溶液，微热80°C生成PbCl2溶液，加入饱和食盐水趁热过滤，滤液蒸发浓缩，冰水浴使平衡PbCl2（s）+2Cl-（aq）?PbCl4-（aq）△H＞0向着逆向移动，从而生成PbCl2晶体而析出，滤液2加入过氧化氢后循环使用，滤渣为PbCl2晶体，滤液加入稀硫酸生成硫酸铅沉淀，过滤得到硫酸铅沉淀，烘干得到硫酸铅粉末；
（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；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：Ksp（PbSO4）=1.08×10-8＜Ksp（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）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（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；
（6）阳离子透过隔膜向阴极移动，则C1隔膜为阳离子交换膜，阴离子透过隔膜向阳极移动，C1为阴极，与铅蓄电池的Pb电极连接，在阴极氢离子放电生成氢气，C2隔膜为阴离子交换膜在阳极氢氧根离子放电生成氧气，C2为阳极与铅蓄电池的PbO2电极相接，据此分析计算．

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↓，Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH值分别为3.7、7.04，所以加入盐酸的另一个目的是为了控制PH值为2，原因是抑制Fe3+、Pb2+的水解，
故答案为：PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+2Fe2++S；抑制Fe3+、Pb2+的水解，防止生成Fe（OH）3、Pb（OH）2沉淀；
（2）加入饱和食盐水后存在化学平衡：PbCl2（s）+2Cl-（aq）?PbCl4-（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，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是Fe3+水解生成Fe（OH）3胶体，吸附溶液中悬浮杂质，被共同沉淀，
故答案为：用冰水浴使反应PbCl2（s）+2Cl-（aq）?PbCl4-（aq）逆向移动，使PbCl4-不断转化为PbCl2晶体而析出；Fe3+水解生成Fe（OH）3胶体，吸附溶液中悬浮杂质，被共同沉淀；
（3）根据题中信息可知：Ksp（PbSO4）=1.08×10-8＜Ksp（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）+SO42-（aq）=PbSO4 （s）+2Cl-（aq），
故答案为：PbCl2（s）+SO42-（aq）=PbSO4 （s）+2Cl-（aq）；
（4）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，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
（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+SO42-，
故答案为：PbSO4+2e-=Pb+SO42-；
（6）阳离子透过隔膜向阴极移动，则C1隔膜为阳离子交换膜，阴离子透过隔膜向阳极移动，C1为阴极，与铅蓄电池的Pb电极连接，在阴极氢离子放电生成氢气，C2隔膜为阴离子交换膜在阳极氢氧根离子放电生成氧气，C2为阳极与铅蓄电池的PbO2电极相接，
A、在阳极氢氧根离子放电生成氧气，同时生成氢离子，所以阳极生成硫酸，即B溶液为硫酸；在阴极氢离子放电生成氢气，同时生成氢氧根离子，所以阴极生成NaOH，即A溶液为氢氧化钠，故A正确；
B、阳离子透过隔膜向阴极移动，则C1隔膜为阳离子交换膜，阴离子透过隔膜向阳极移动，C1为阴极，与铅蓄电池的Pb电极连接，在阴极氢离子放电生成氢气，C2隔膜为阴离子交换膜在阳极氢氧根离子放电生成氧气，C2为阳极与铅蓄电池的PbO2电极相接，所以b气体为氧气，a气体为氢气，故B错误；
C、C1为阴极，产生标准状况下11.2L气体为氢气，物质的量=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，2H++2e-=H2↑，电子转移为1mol，铅蓄电池负极电极反应为：
Pb+SO42--2e-=PbSO4，
1       2     1
0.5mol  1mol   0.5mol
铅蓄电池的负极增重为0.5mol×（207+96）g/mol-0.5mol×207g/mol=48g，故C错误；
D、在阳极氢氧根离子放电生成氧气，在阴极氢离子放电生成氢气，所以该电解反应的总方程式为2Na2SO4+6H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑，故D正确；
故答案为：AD．

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．

练习册系列答案
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7．如图是实验室制取乙炔气体及乙炔的性质实验的部分装置．

（1）写出电石与饱和食盐水反应生成乙炔的化学方程式：CaC2+2H2O→Ca（OH）2+CH≡CH↑．
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（5）为验证乙炔与溴水的反应类型，某同学提出用pH试纸来测反应后的溶液的酸碱性即可判断，理由是若发生取代反应，生成HBr，溶液呈强酸性，否则发生加成反应．
8．化合物A经李比希法和质谱法分析得知其相对分子质量为136，分子式为C8H8O2．A的核磁共振氢谱有4个峰且面积之比为1：2：2：3，A分子中只含一个苯环且苯环上只有一个取代基，其核磁共振氢谱与红外光谱如图．关于A的下列说法中，正确的是（　　）
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5．下列说法正确的是（　　）
A．${\;}_{6}^{12}$C、${\;}_{6}^{13}$C、${\;}_{6}^{14}$C是碳元素的三种核素
B．SO2分子中含有离子键
C．MgCl2固体中含有共价键
D．${\;}_{8}^{16}$O、${\;}_{8}^{17}$O、${\;}_{8}^{18}$O含有相同的中子数
12．下列分子中各原子都满足8e-结构的是（　　）
A．SO2B．CH4C．PCl3D．PCl5
2．下列基态原子或离子的电子排布式错误的是（　　）
A．K  1s22s22p63s23p64s1B．Mg2+  1s22s22p6
C．F- 1s22s22p5D．Br  1s22s22p63s23p63d104s24p5
9．下表列出前20号元素中的某些元素性质的一些数据：
元素
性质		ABCDEFGHIJ
原子半径（10-10m）1.022.270.741.430.771.100.991.860.751.17
最高价态+6+1-+3+4+5+7+1+5+4
最低价态-2--2--4-3-1--3-4
试回答下列问题：
（1）写出E基态原子的价电子排布式2s2sp2
（2）上述E、F、G三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每一个原子都满足8电子稳定结构的是CCl4（写出分子式，一个即可）．
（3）元素E与氢元素可形成一种相对分子质量为28的分子，其分子中E元素原子以sp2（填杂化方式）杂化成键，分子中共形成5个σ键，1个π键．
（4）C和I相比较，非金属性较强的是氧（填元素名称），可以验证你的结论的是下列中的AC（填编号）．
A．气态氢化物的稳定性      B．两单质在自然界的存在
C．两元素的电负性          D．含氧酸的酸性
（5）I的第一电离能大于C的第一电离能（填“大于”或“小于”），原因是N元素原子2p能级容纳3个电子，为半满稳定状态，能量较低，失去电子需要的能量较高．
6．芳香化合物A是一种基本化工原料，可以从煤和石油中得到．A、B、C、D、E的转化关系如图所示：

回答下列问题：
（1）A的化学名称是邻二甲苯（或1，2-二甲基苯）；
（2）A→B 的反应类型是取代；
（3）A→C的化学方程式为；
（4）A与酸性KMnO4溶液反应可得到D，写出D的结构简式．
7．下列措施中，能减慢化学反应速率的是（　　）
A．将块状固体药品研细后再反应
B．将H2O2溶液存放在低温冷暗处
C．用FeCl3溶液作H2O2分解反应的催化剂
D．用2 mol/L H2SO4溶液代替1 mol/L H2SO4溶液与锌粒反应

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