Question

17．三盐（3PbO•PbSO₄•H₂O）可用作聚氯乙烯的热稳定剂，200℃以上开始失去结晶水，不溶于水及有机溶剂．以200.0t铅泥（主要成分为PbO、Pb及PbSO₄等）为原料制备三盐的工艺流程如图所示．

已知：PbSO₄和PbCO₃的溶解度和溶度积K_sp如表．

化合物	PbSO4	PbCO3
溶解度/g	1.03×10-4	1.81×10-7
Ksp	1.82×10-8	1.46×10-13

（1）步骤①转化的目的是将PbSO₄转化为PbCO₃，滤液1中的溶质为Na₂CO₃和Na₂SO₄（填化学式）．
（2）步骤③酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是适当升温（或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等）（任写一条）．其中铅与硝酸反应生成Pb（NO₃）₂和NO的离子方程式为3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）滤液2中可循环利用的溶质的化学式为HNO₃．若步骤④沉铅后的滤液中c（Pb²⁺）=1.82×10^-5mol/L，则此时c（SO₄^2-）=1.00×10^-3mol/L．
（4）步骤⑦洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全．
（5）步骤⑥合成三盐的化学方程式为4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，若得到纯净干燥的三盐99．Ot，假设铅泥中的铅元素有80%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为51.75%．

Answer 1

分析 以200.0t铅泥（主要成分为PbO、Pb及PbSO₄等）为原料制备三盐：向铅泥中加Na₂CO₃溶液是将PbSO₄转化成PbCO₃，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na₂SO₄和过量的Na₂CO₃，Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下反应：3Pb+8HNO₃=Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、PbCO₃+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+CO₂↑+H₂O、PbO+2HNO₃=Pb（NO₃）₂+2H₂O，均转化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄转化成PbSO₄和硝酸，过滤的滤液为HNO₃，可循环利用，向硫酸铅中加入氢氧化钠合成三盐和硫酸钠，4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O滤液3主要是硫酸钠，洗涤沉淀干燥得到三盐，据此分析解答．

解答 解：（l）步骤①向铅泥中加Na₂CO₃溶液，由表可知PbCO₃的溶解度小于PbSO₄的溶解度，Na₂CO₃（aq）+PbSO₄（s）=Na₂SO₄（aq）+PbCO₃（s），则可将PbSO₄转化成PbCO₃，所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na₂SO₄和过量的Na₂CO₃；
故答案为：将PbSO₄转化为PbCO₃，提高铅的利用率；Na₂SO₄；
（2）酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是适当升温（或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等）；铅与硝酸反应生成Pb（NO₃）₂和NO的离子方程式为：3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案为：适当升温（或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等）；3Pb+8H⁺+2NO₃^-=3Pb²⁺+2NO↑+4H₂O；（3）Pb、PbO和PbCO₃在硝酸的作用下转化成Pb（NO₃）₂，Pb（NO₃）₂中加稀H₂SO₄转化成PbSO₄和硝酸，HNO₃可循环利用，若步骤④沉铅后的滤液中c（Pb²⁺）=1.82×10^-5mol/L，已知Ksp（PbSO₄）=1.82×10^-8，则此时c（SO₄^2-）=$\frac{1.82×1{0}^{-8}}{1.82×1{0}^{-5}}$mol/L=1.00×10^-3mol/L；
故答案为：HNO₃；1.00×10^-3；
（4）步骤⑦沉淀表面附着硫酸根离子，检验沉淀是否洗净，检测其洗涤液是否含有硫酸根离子即可，方法为：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全；
故答案为：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全；
（5）从流程看，硫酸铅和氢氧化钠反应生成三盐基硫酸铅和硫酸钠，反应方程式为：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O，
若得到纯净干燥的三盐99.0t，则其中铅元素的质量为：$\frac{828}{990}×99.0t$=82.8t，设铅泥中铅元素的质量分数为w，则200.0t铅泥中铅元素为200×w，铅泥中的铅元素有80%转化为三盐，有200×w×80%=82.8，解得x=51.75%；
故答案为：4PbSO₄+6NaOH$\frac{\underline{\;50～60℃\;}}{\;}$3PbO•PbSO₄•H₂O+3Na₂SO₄+2H₂O；51.75%．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．