Question

19．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）+2C1^-（aq）═PbCl₄^2-（aq）△H＞0
（ii）有关物质的K_sp和沉淀时的pH如表：

物质	Ksp	物质	开始沉淀时pH	完全沉淀时pH
PbSO4	1.0×10-8	Fe（OH）3	2.7	3.7
PbCl2	1.6×10-5	Fe（OH）2	6	7.04

（1）步骤I反应加入盐酸后可以观察到淡黄色沉淀生成，请写出的离子方程式PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓．
（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吸热反应PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）逆向移动，使PbCl₄^-不断转化为PbCl₂晶体而析出．
（3）在上述生产过程中可以循环利用的物质有FeCl₃和盐酸．
（4）写出步骤Ⅲ中PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq）．
（5）PbSO₄热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源．基本结构如图2所示，其中作为电解质的无水LiCl-KC1混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能．该电池总反应为PbSO₄+2LiCl+Ca═CaCl₂+Li₂SO₄+Pb．
①放电过程中，Li⁺向正极移动（填“负极”或“正极”）．
②负极反应式为Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂．
③电路中每转移0.2mol电子，理论上生成20.7g Pb．

Answer 1

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发生反应：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓，发生生成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有氯化亚铁，加入过氧化氢生成氯化铁后循环使用，滤渣为PbCl₂晶体，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，据此分析解答（1）～（4）；
（5）根据放电时铅蓄电池工作原理为原电池，根据原电池原理，阳离子向正极移动，由及化合价变化写出负极的电极反应式，根据电极方程式进行相关计算．

解答 解：（1）步骤I反应加入盐酸后可以观察到淡黄色沉淀生成，说明生成了S单质，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↓；
故答案为：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S↓；
（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；
故答案为：用冰水浴使吸热反应PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）逆向移动，使PbCl₄^-不断转化为PbCl₂晶体而析出；
（3）滤液2的主要成分是FeCl₂，与过氧化氢反应又生成FeCl₃，反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，FeCl₃可循环使用，步骤Ⅲ中滤渣为PbCl₂晶体，加入稀硫酸生成硫酸铅沉淀，过滤得到硫酸铅沉淀和盐酸，盐酸可循环使用；
故答案为：FeCl₃和盐酸；
（4）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）；
（5）①阳离子移向正极，铅蓄电池放电过程中，Li⁺向正极移动；
故答案为：正极；
②负极上钙失去电子发生氧化反应，电极方程式为Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂；
故答案为：Ca+2Cl^--2e^-═CaCl₂；
③根据总反应PbSO₄+2LiCl+Ca═CaCl₂+Li₂SO₄+Pb，生成1molpb时转移2mol电子，故转移0.2mol电子时，生成0.1mol铅，质量为20.7gPb；
故答案为：20.7．

点评 本题通过物质的制备，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．