Question

19．硫酸鉛，又名石灰漿，可用于鉛蓄電池、纖維增重劑、涂料分析試劑．工業(yè)上通常用自然界分布最廣的方鉛礦（主要成分為PbS）生產(chǎn)硫酸鉛．工藝流程如圖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⁺以氫氧化物形式開始沉淀時的PH值分別為1.9和7．
（1）流程中加入鹽酸可以控制溶液的pH＜1.9，主要目的是抑制Fe³⁺的水解．
反應(yīng)過程中可觀察到淡黃色沉淀，則①對應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+PbS=PbCl₂+S+2Fe²⁺．
（2）②所得的濾液A蒸發(fā)濃縮后再用冰水浴的目的是用冰水浴使PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0逆向移動，使PbCl₄^-轉(zhuǎn)化PbCl₂析出（請用平衡移動原理解釋）
（3）④中對應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$．
（4）上述流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)有FeCl₃、HCl．
（5）煉鉛和用鉛都會使水體因重金屬鉛的含量增大而造成嚴重污染．水溶液中鉛的存在形態(tài)主要有Pb²⁺、Pb（OH）⁺、Pb（OH）₂、Pb（OH）₃^-、Pb（OH）₄^2-．各形態(tài)的鉛濃度分數(shù)x與溶液pH變化的關(guān)系如圖2所示：

①探究Pb²⁺的性質(zhì)：向含Pb²⁺的溶液中逐滴滴加NaOH，溶液變渾濁，繼續(xù)滴加NaOH溶液又變澄清；pH≥13時，溶液中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為Pb（OH）₃^-+HO^-=Pb（OH）₄^2-．．
②除去溶液中的Pb²⁺：科研小組用一種新型試劑可去除水中的痕量鉛和其他雜質(zhì)離子，實驗結(jié)果記錄如下：

離子	Pb2+	Ca2+	Fe3+	Mn2+
處理前濃度/（mg•L-1）	0.100	29.8	0.12	0.087
處理后濃度/（mg•L-1）	0.004	22.6	0.04	0.053

Ⅰ．由表可知該試劑去除Pb²⁺的效果最好，請結(jié)合表中有關(guān)數(shù)據(jù)說明去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好的理由是加入試劑，Pb²⁺的濃度轉(zhuǎn)化率為$\frac{（0.1-0.004）}{0.1}$×1005%=96%，F(xiàn)e³⁺的濃度轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.12-0.04}{0.12}$×100%=67%，所以去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好．
Ⅱ．若新型試劑（DH）在脫鉛過程中主要發(fā)生的反應(yīng)為：2DH（s）+Pb²⁺?D₂Pb（s）+2H⁺，則脫鉛時最合適的pH約為6．

Answer 1

分析 往方鉛礦中加入FeCl₃溶液和鹽酸，F(xiàn)eCl₃與PbS反應(yīng)生成PbCl₂和S，產(chǎn)物中加入飽和食鹽水，趁熱過濾，利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0正向進行，使PbCl₂溶解，過濾除去硫等雜質(zhì)，濾液A含有PbCl₄^-、Cl^-、Fe²⁺、Fe³⁺等，濾液A蒸發(fā)濃縮，冷水浴中冷卻，利用平衡逆向進行，析出PbCl₂晶體，濾液B中含有Fe²⁺、Fe³⁺，用過氧化氫進行氧化后循環(huán)利用，PbCl₂晶體中加入稀硫酸，轉(zhuǎn)化為更難溶的硫酸鉛沉淀，過濾得到硫酸鉛沉淀，洗滌、烘干得到硫酸鉛粉末，濾液C中含有HCl．
（1）由Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式開始沉淀時的PH值分別為1.9和7，分析加入鹽酸的主要目的；
FeCl₃與PbS反應(yīng)生成PbCl₂和S，Pb元素化合價不變，S元素化合價升高，則鐵元素的化合價降低，有FeCl₂生成；
（2）根據(jù)溫度對平衡移動的影響進行分析；
（3）反應(yīng)④的離子方程式為：PbCl₂（s）+SO₄^2-?PbSO₄+2Cl^-；
（4）過氧化氫將濾液B中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再循環(huán)利用，C溶液中含有HCl，也可以循環(huán)利用；
（5）①pH≥13時，Pb（OH）₃^-濃度減小，Pb（OH）₄^2-濃度增大，Pb（OH）₃^-與氫氧根離子結(jié)合為Pb（OH）₄^2-；
②Ⅰ．計算Pb²⁺、Fe³⁺的濃度轉(zhuǎn)化率進行判斷；
Ⅱ．參加反應(yīng)的是Pb²⁺，由圖象可知，選擇PH要使鉛全部以Pb²⁺形式存在．

解答 解：往方鉛礦中加入FeCl₃溶液和鹽酸，F(xiàn)eCl₃與PbS反應(yīng)生成PbCl₂和S，產(chǎn)物中加入飽和食鹽水，趁熱過濾，利于PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0正向進行，使PbCl₂溶解，過濾除去硫等雜質(zhì)，濾液A含有PbCl₄^-、Cl^-、Fe²⁺、Fe³⁺等，濾液A蒸發(fā)濃縮，冷水浴中冷卻，利用平衡逆向進行，析出PbCl₂晶體，濾液B中含有Fe²⁺、Fe³⁺，用過氧化氫進行氧化后循環(huán)利用，PbCl₂晶體中加入稀硫酸，轉(zhuǎn)化為更難溶的硫酸鉛沉淀，過濾得到硫酸鉛沉淀，洗滌、烘干得到硫酸鉛粉末，濾液C中含有HCl．
（1）Fe³⁺、Pb²⁺以氫氧化物形式開始沉淀時的PH值分別為1.9和7，流程中加入鹽酸可以控制溶液的pH＜1.9，主要目的是：抑制Fe³⁺的水解，
FeCl₃與PbS反應(yīng)生成PbCl₂和S，Pb元素化合價不變，S元素化合價升高，則鐵元素的化合價降低，有FeCl₂生成，反應(yīng)方程式為：2FeCl₃+PbS=PbCl₂+S+2FeCl₂，反應(yīng)離子方程式為：2Fe³⁺+PbS=PbCl₂+S+2Fe²⁺，
故答案為：抑制Fe³⁺的水解；2Fe³⁺+PbS=PbCl₂+S+2Fe²⁺；
（2）用冰水浴使PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0逆向移動，使PbCl₄^-轉(zhuǎn)化PbCl₂析出，
故答案為：用冰水浴使PbCl₂（s）+2Cl^-（aq）?PbCl₄^-△H＞0逆向移動，使PbCl₄^-轉(zhuǎn)化PbCl₂析出；
（3）反應(yīng)④的離子方程式為：PbCl₂（s）+SO₄^2-?PbSO₄+2Cl^-，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$；
（4）過氧化氫將濾液B中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再循環(huán)利用，C溶液中含有HCl，也可以循環(huán)利用，
故答案為：FeCl₃、HCl；
（5）①pH≥13時，Pb（OH）₃^-濃度減小，Pb（OH）₄^2-濃度增大，Pb（OH）₃^-與氫氧根離子結(jié)合為Pb（OH）₄^2-，反應(yīng)離子方程式為：Pb（OH）₃^-+HO^-=Pb（OH）₄^2-，
故答案為：Pb（OH）₃^-+HO^-=Pb（OH）₄^2-；
②Ⅰ．加入試劑，Pb²⁺的濃度轉(zhuǎn)化率為$\frac{（0.1-0.004）}{0.1}$×1005%=96%，F(xiàn)e³⁺的濃度轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.12-0.04}{0.12}$×100%=67%，所以去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好，
故答案為：加入試劑，Pb²⁺的濃度轉(zhuǎn)化率為$\frac{（0.1-0.004）}{0.1}$×1005%=96%，F(xiàn)e³⁺的濃度轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.12-0.04}{0.12}$×100%=67%，所以去除Pb²⁺比Fe³⁺效果好；
Ⅱ．反應(yīng)為2EH（s）+Pb²⁺?E₂Pb（s）+2H⁺，參加反應(yīng)的是Pb²⁺，由圖象可知，選擇PH要使鉛全部以Pb²⁺形式存在，則脫鉛時最合適的pH約6，
故答案為：6．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗方案，正確理解制備工藝流程為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學知識的能力，難度中等．