题目内容
【题目】铅单质及其化合物在新能源领域应用广泛,工业上利用方铅精矿(主要成分为PbS)制备PbSO4的工艺流程如下:
已知:①PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl4-(aq) △H>0 ②Ksp(PbSO4)=1.0×10-8,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5③Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH值分别为3.2、7.0。
(1)步骤Ⅰ中发现有淡黄色沉淀生成,请写出离子反应方程式:_______________________;
(2)步骤Ⅰ原料预处理过程中写出一种除搅拌外加快反应速率的办法:_________________;反应温度不宜过高,且需加入过量盐酸保证溶液呈强酸性,原因是:____________________;
(3)操作①应为:_______ ;操作②应为:_________ ;
A、趁热过滤 B、蒸发浓缩,冷却结晶; C、蒸发结晶 D、重结晶
(4)写出步骤III中PbCl2生成PbSO4的离子反应方程式:___________________________ ,该反应的平衡常数K=_______;
(5)铅蓄电池(Pb-PbO2-H2SO4)充电时的阳极反应方程式:_________________________ ;
(6)某铅蓄电池放电时电流为0.2A,可持续放电时间96500s,此时参加反应的Pb的质量为41.4g,求该电池放电的能量转化率α=_________ 。(电池能量转化率的定义:α=实际输出电量/理论输出电量×100%,结果保留两位有效数字,已知法拉第常数为96500C/mol)
【答案】PbS+2Fe3++2Cl-= PbCl2+2Fe2++S将方铅矿精矿磨成粉末抑制Fe3+、Pb2+离子水解ABPbCl2(s)+ SO42(aq) PbSO4(s)+2Cl-(aq)1.6×103mol/LPbSO4 -2e +2H2O =PbO2+SO42-+4H+50%
【解析】
往方铅矿精矿中加入FeCl3溶液和盐酸,FeCl3与PbS反应生成PbCl2和S,产物中加入饱和食盐水,趁热过滤,利于PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl4-(aq)△H>0
正向进行,使PbCl2溶解,过滤除去硫等杂质,滤液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2+、Fe3+等,滤液1蒸发浓缩,冷水浴中冷却,利用平衡逆向进行,析出PbCl2晶体,PbCl2晶体中加入稀硫酸,转化为更难溶的硫酸铅沉淀,过滤得到硫酸铅沉淀,洗涤、烘干得到硫酸铅粉末,以此解答。
(1)由分析可知FeCl3与PbS反应生成PbCl2和S,Pb元素化合价不变,S元素化合价升高,则铁元素的化合价降低,有FeCl2生成,反应离子方程式为:PbS+2Fe3++2Cl-= PbCl2+2Fe2++S ,
因此,本题正确答案是:PbS+2Fe3++2Cl-= PbCl2+2Fe2++S ;
(2) 将方铅矿精矿磨成粉末能增大反应接触面积,加快反应速率;Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH值分别为3.2、7.0,加入盐酸的主要目的是为了控制pH值在0.5~1.0,抑制Fe3+、Pb2+的水解,
因此,本题正确答案是:将方铅矿精矿磨成粉末;抑制Fe3+、Pb2+离子水解;
(3)产物中加入饱和食盐水,趁热过滤,利于PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl4-(aq)△H>0
正向进行,使PbCl2溶解,过滤除去硫等杂质,滤液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2+、Fe3+等,滤液1蒸发浓缩,冷水浴中冷却,利用平衡逆向进行,析出PbCl2晶体,操作①应为:趁热过滤;操作②应为:蒸发浓缩,冷却结晶;
因此,本题正确答案是:A ; B ;
(4) Ksp(PbSO4)=1.0×10-8<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),该反应的平衡常数K=
=
=
=1.6×103mol/L
因此,本题正确答案是:PbCl2(s)+ SO42-(aq)PbSO4(s)+2Cl-(aq);1.6×103mol/L;
(5)铅蓄电池充电时为电解池,阳极发生氧化反应,PbSO4在阳极失去电子,生成PbO2,电极反应式为:PbSO4 -2e- +2H2O =PbO2+SO42-+4H+;
因此,本题正确答案是:PbSO4 -2e- +2H2O =PbO2+SO42-+4H+;
(6)41.4gPb的物质的量为:![](http://thumb.1010pic.com/questionBank/Upload/2019/04/17/09/4e52ea52/SYS201904170939194961250815_DA/SYS201904170939194961250815_DA.006.png)
![](http://thumb.1010pic.com/questionBank/Upload/2019/04/17/09/4e52ea52/SYS201904170939194961250815_DA/SYS201904170939194961250815_DA.007.png)
![](http://thumb.1010pic.com/questionBank/Upload/2019/04/17/09/4e52ea52/SYS201904170939194961250815_DA/SYS201904170939194961250815_DA.008.png)
该电池放电的能量转化率α=实际输出电量/理论输出电量×100%=×100%=50%,
因此,本题正确答案是:50%。
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