Question

14．硫酸鉛（PbSO₄）廣泛應(yīng)用于制造鉛蓄電池、白色顏料等．利用方鉛礦精礦（PbS）直接制備硫酸鉛粉末的流程如下：

已知：（�。㏄bCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^2- （aq）△H＞0
（ⅱ）K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8，K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5
（ⅲ）Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3.2、7.04
（1）步驟Ⅰ中FeCl₃溶液與PbS反應(yīng)生成PbCl₂和S的離子方程式為PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S
，步驟Ⅰ中另一個(gè)反應(yīng)是H₂O₂與FeCl₂、鹽酸反應(yīng)生成FeCl₃，實(shí)現(xiàn)FeCl₃的重復(fù)利用，其離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入鹽酸的另一個(gè)目的是為了控制pH在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解．
（2）用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理解釋步驟Ⅱ中使用冰水浴的原因用冰水浴使反應(yīng)PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）$\stackrel{降溫}{?}$PbCl₄^2-（aq）逆向移動(dòng)，使PbCl₄^2-不斷轉(zhuǎn)化為PbCl₂晶體而析出．
（3）寫出PbCl₂晶體轉(zhuǎn)化為PbSO₄沉淀的離子方程式PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq）．
（4）濾液3是鹽酸．
（5）鉛蓄電池的電解液是稀硫酸（22%～28%），充電后兩個(gè)電極上沉積的PbSO₄分別轉(zhuǎn)化為PbO₂和Pb，鉛蓄電池充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

Answer 1

分析 本題是利用方鉛礦精礦（PbS）直接制備硫酸鉛粉末的工業(yè)流程，考查了用離子方程式描述反應(yīng)原理，結(jié)合平衡的理論知識(shí)通過降溫促進(jìn)晶體的析出，添加稀酸抑制水解等，涉及鉛蓄電池的充放電原理并能寫出陰極電解反應(yīng)式，據(jù)此可解答；
（1）步驟Ⅰ中生成物為PbCl₂和S，則加入的鹽酸、氯化鐵與PbS發(fā)生氧化還原反應(yīng)，S元素化合價(jià)升高，則鐵元素的化合價(jià)降低，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；濾液2的主要成分是FeCl₂，與過氧化氫反應(yīng)又生成FeCl₃，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH進(jìn)行判斷；
（2）根據(jù)加入飽和食鹽水后存在化學(xué)平衡：PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-（aq）△H＞0，而在冰水浴中，溫度較低，根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響判斷使用冰水浴的原因；
（3）已知：K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5，PbCl₂晶體轉(zhuǎn)化為PbSO₄沉淀是因?yàn)镻bCl₂中加入稀硫酸破壞了氯化鉛的溶解平衡，使溶解平衡正向移動(dòng)生成硫酸鉛；
（4）根據(jù)（3）可知PbCl₂轉(zhuǎn)化為PbSO₄同時(shí)生成HCl，則濾液3為鹽酸；
（5）根據(jù)充電時(shí)鉛蓄電池工作原理為電解，根據(jù)電解原理及化合價(jià)變化寫出充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）步驟Ⅰ中生成PbCl₂和S，則加入的鹽酸、氯化鐵與PbS發(fā)生氧化還原反應(yīng)，S元素化合價(jià)升高，則鐵元素的化合價(jià)降低，反應(yīng)的離子方程式為：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S；濾液2的主要成分是FeCl₂，與過氧化氫反應(yīng)又生成FeCl₃，雙氧水作氧化劑，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的PH值分別為3.2、7.04，所以加入鹽酸的另一個(gè)目的是為了控制PH值在0.5～1.0，原因是抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解，
故答案為：PbS+2Fe³⁺+2Cl^-=PbCl₂+2Fe²⁺+S；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；抑制Fe³⁺、Pb²⁺的水解；
（2）加入飽和食鹽水后存在化學(xué)平衡：PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^2-（aq）△H＞0，在冰水浴中，溫度較低，使平衡向著逆向移動(dòng)，從而生成PbCl₂晶體而析出，故答案為：用冰水浴使反應(yīng)PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）$\stackrel{降溫}{?}$PbCl₄^2-（aq）逆向移動(dòng)，使PbCl₄^2-不斷轉(zhuǎn)化為PbCl₂晶體而析出；
（3）根據(jù)題中信息可知：K_sp（PbSO₄）=1.08×10^-8＜K_sp（PbCl₂）=1.6×10^-5，結(jié)合沉淀的轉(zhuǎn)化，PbCl₂晶體轉(zhuǎn)化為PbSO₄沉淀是因?yàn)镻bCl₂中加入稀硫酸破壞了氯化鉛的溶解平衡，使溶解平衡正向移動(dòng)生成硫酸鉛，反應(yīng)的離子方程式為：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq），故答案為：PbCl₂（s）+SO₄^2-（aq）?PbSO₄（s）+2Cl^-（aq）；
（4）由（3）可知PbCl₂轉(zhuǎn)化為PbSO₄同時(shí)生成HCl，所以濾液3為鹽酸溶液，故答案為：鹽酸；
（5）鉛蓄電池充電時(shí)是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，相當(dāng)于電解池裝置，所以陰極發(fā)生還原反應(yīng)，Pb的化合價(jià)降低成為單質(zhì)Pb，所以充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-，故答案為：PbSO₄+2e^-=Pb+SO₄^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題通過硫酸鉛粉末的制備，考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，注意掌握常見物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，正確分析、理解制備流程為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．