Question

19．硫酸铅，又名石灰浆，可用于铅蓄电池、纤维增重剂、涂料分析试剂．工业上通常用自然界分布最广的方铅矿（主要成分为PbS）生产硫酸铅．工艺流程如图1：

已知：①K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8，K_sp（PbCl₂）=1.6×l0^-5．
②PbCl₂（s）+2C1^-（aq）?PbCl₄^2-（aq）△H＞0
③Fe³⁺、Pb²⁺以氢氧化物形式开始沉淀时的PH值分别为1.9和7．
（1）流程中加入盐酸可以控制溶液的pH＜1.9，主要目的是抑制Fe³⁺的水解．
反应过程中可观察到淡黄色沉淀，则①对应的离子方程式为2Fe³⁺+PbS=PbCl₂+S+2Fe²⁺．
（2）②所得的滤液A蒸发浓缩后再用冰水浴的目的是用冰水浴使PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0逆向移动，使PbCl₄^-转化PbCl₂析出（请用平衡移动原理解释）
（3）④中对应反应的平衡常数表达式$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$．
（4）上述流程中可循环利用的物质有FeCl₃、HCl．
（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）₄^2-．各形态的铅浓度分数x与溶液pH变化的关系如图2所示：

①探究Pb²⁺的性质：向含Pb²⁺的溶液中逐滴滴加NaOH，溶液变浑浊，继续滴加NaOH溶液又变澄清；pH≥13时，溶液中发生的主要反应的离子方程式为Pb（OH）₃^-+HO^-=Pb（OH）₄^2-．．
②除去溶液中的Pb²⁺：科研小组用一种新型试剂可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-1）	0.100	29.8	0.12	0.087
处理后浓度/（mg•L-1）	0.004	22.6	0.04	0.053

Ⅰ．由表可知该试剂去除Pb²⁺的效果最好，请结合表中有关数据说明去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好的理由是加入试剂，Pb²⁺的浓度转化率为$\frac{（0.1-0.004）}{0.1}$×1005%=96%，Fe³⁺的浓度转化率为$\frac{0.12-0.04}{0.12}$×100%=67%，所以去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好．
Ⅱ．若新型试剂（DH）在脱铅过程中主要发生的反应为：2DH（s）+Pb²⁺?D₂Pb（s）+2H⁺，则脱铅时最合适的pH约为6．

Answer 1

分析 往方铅矿中加入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^-△H＞0正向进行，使PbCl₂溶解，过滤除去硫等杂质，滤液A含有PbCl₄^-、Cl^-、Fe²⁺、Fe³⁺等，滤液A蒸发浓缩，冷水浴中冷却，利用平衡逆向进行，析出PbCl₂晶体，滤液B中含有Fe²⁺、Fe³⁺，用过氧化氢进行氧化后循环利用，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，滤液C中含有HCl．
（1）由Fe³⁺、Pb²⁺以氢氧化物形式开始沉淀时的PH值分别为1.9和7，分析加入盐酸的主要目的；
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；
（2）根据温度对平衡移动的影响进行分析；
（3）反应④的离子方程式为：PbCl₂（s）+SO₄^2-?PbSO₄+2Cl^-；
（4）过氧化氢将滤液B中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再循环利用，C溶液中含有HCl，也可以循环利用；
（5）①pH≥13时，Pb（OH）₃^-浓度减小，Pb（OH）₄^2-浓度增大，Pb（OH）₃^-与氢氧根离子结合为Pb（OH）₄^2-；
②Ⅰ．计算Pb²⁺、Fe³⁺的浓度转化率进行判断；
Ⅱ．参加反应的是Pb²⁺，由图象可知，选择PH要使铅全部以Pb²⁺形式存在．

解答 解：往方铅矿中加入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^-△H＞0正向进行，使PbCl₂溶解，过滤除去硫等杂质，滤液A含有PbCl₄^-、Cl^-、Fe²⁺、Fe³⁺等，滤液A蒸发浓缩，冷水浴中冷却，利用平衡逆向进行，析出PbCl₂晶体，滤液B中含有Fe²⁺、Fe³⁺，用过氧化氢进行氧化后循环利用，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，滤液C中含有HCl．
（1）Fe³⁺、Pb²⁺以氢氧化物形式开始沉淀时的PH值分别为1.9和7，流程中加入盐酸可以控制溶液的pH＜1.9，主要目的是：抑制Fe³⁺的水解，
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，反应方程式为：2FeCl₃+PbS=PbCl₂+S+2FeCl₂，反应离子方程式为：2Fe³⁺+PbS=PbCl₂+S+2Fe²⁺，
故答案为：抑制Fe³⁺的水解；2Fe³⁺+PbS=PbCl₂+S+2Fe²⁺；
（2）用冰水浴使PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0逆向移动，使PbCl₄^-转化PbCl₂析出，
故答案为：用冰水浴使PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0逆向移动，使PbCl₄^-转化PbCl₂析出；
（3）反应④的离子方程式为：PbCl₂（s）+SO₄^2-?PbSO₄+2Cl^-，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$；
（4）过氧化氢将滤液B中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再循环利用，C溶液中含有HCl，也可以循环利用，
故答案为：FeCl₃、HCl；
（5）①pH≥13时，Pb（OH）₃^-浓度减小，Pb（OH）₄^2-浓度增大，Pb（OH）₃^-与氢氧根离子结合为Pb（OH）₄^2-，反应离子方程式为：Pb（OH）₃^-+HO^-=Pb（OH）₄^2-，
故答案为：Pb（OH）₃^-+HO^-=Pb（OH）₄^2-；
②Ⅰ．加入试剂，Pb²⁺的浓度转化率为$\frac{（0.1-0.004）}{0.1}$×1005%=96%，Fe³⁺的浓度转化率为$\frac{0.12-0.04}{0.12}$×100%=67%，所以去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好，
故答案为：加入试剂，Pb²⁺的浓度转化率为$\frac{（0.1-0.004）}{0.1}$×1005%=96%，Fe³⁺的浓度转化率为$\frac{0.12-0.04}{0.12}$×100%=67%，所以去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好；
Ⅱ．反应为2EH（s）+Pb²⁺?E₂Pb（s）+2H⁺，参加反应的是Pb²⁺，由图象可知，选择PH要使铅全部以Pb²⁺形式存在，则脱铅时最合适的pH约6，
故答案为：6．

点评 本题考查物质制备实验方案，正确理解制备工艺流程为解答关键，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，难度中等．