Question

【題目】硫酸鉛可用于鉛蓄電池、纖維增重劑、涂料分析試劑。工業上通常用方鉛礦(主要成分為PbS)生產硫酸鉛。工藝流程如下：

已知：

①25℃，Ksp(PbS)=1.0×10-28，Ksp(PbCl2)=1.6×10-5

②PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq) △H>0

③Fe3+以氫氧化物形式開始沉淀時的pH值為1.9

(1)由于Ksp(PbS)﹤Ksp(PbCl2)，PbS+2HClPbCl2+H2S的反應程度很小，加入FeCl3能增大反應程度，原因是____________________；步驟①反應過程中可觀察到有淡黃色固體生成，總反應的離子方程式為_____________________；該步驟需控制溶液的pH<1.9，主要目的是_______________________。

(2)步驟②中飽和食鹽水的作用是_________________________。

(3)步驟③中濾液A經過蒸發濃縮、用冰水浴冷卻結晶后，還需進行的操作是__________(填操作名稱)。

(4)步驟④中，若加入稀硫酸充分反應后所得懸濁液中c(Cl-)=1.0mol·L-1，則c(SO42-)=________[Ksp(PbSO4)=1.6×10-8]。步驟⑤中濾液B用適量試劑X處理后可循環利用，試劑X應選用下列中的_____(填標號)。

a.HNO3 b.Cl2 c.H2O2 d.鐵粉

(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主要有Pb2+、Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-。各形態的鉛濃度分數x與溶液pH變化的關系如圖所示：

①探究Pb2+的性質：向含Pb2+的溶液中逐滴滴加NaOH溶液后先變渾濁，繼續滴加NaOH溶液又變澄清，pH為13～14時，溶液中發生的主要反應的離子方程式為__________________。

②除去溶液中的Pb2+：科研小組用一種新型試劑(DH)“捕捉”金屬離子，從而去除水中的痕量鉛和其他雜質離子，實驗結果記錄如下：

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

若新型試劑(DH)在脫鉛過程中主要發生的反應為：2DH(s)+Pb2+(aq)D2Pb(s)+2H+(aq)，則脫鉛時最合適的pH約為_____________。該實驗中鉛的脫除率為_________________。

Answer 1

【答案】 Fe3＋將H2S氧化，使平衡正向移動 PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+2Fe2++S 防止Fe3+水解形成沉淀 將PbCl2固體轉化為PbCl42-而溶解 過濾、洗滌（或過濾、洗滌、干燥） 1.0×10-3 mol·L-1 b或c或bc Pb(OH)3-+OH-=Pb(OH)42- 6 96%

【解析】分析：本題以方鉛礦為原料生產硫酸鉛的流程為載體，考查流程的分析、外界條件對化學平衡的影響、離子方程式的書寫、溶液pH的控制、基本實驗操作、溶度積的計算、圖像的分析、Fe3+和Fe2+的相互轉化。方鉛礦中的PbS與鹽酸和FeCl3加熱攪拌反應生成PbCl2、S和FeCl2；根據已知②，步驟②中加入飽和食鹽水，PbCl2轉化為PbCl42-進入濾液A中，濾液A中主要含Fe2+、PbCl42-、Na+、Cl-；由于反應PbCl2（s）+2Cl-（aq）PbCl42-（aq）的ΔH0，步驟③中濾液A經蒸發濃縮、冰水浴冷卻結晶，PbCl42-又轉化成PbCl2晶體，經過濾得到的濾液B中主要含Fe2+、Na+、Cl-；步驟④PbCl2晶體中加入稀硫酸實現沉淀的轉化得到PbSO4晶體；步驟⑤中加入的試劑X將Fe2+氧化成Fe3+，循環利用。

詳解：（1）由于Ksp（PbS）Ksp（PbCl2），PbS+2HClPbCl2+H2S的反應程度很小，加入FeCl3能增大反應程度的原因是：FeCl3與H2S發生反應：2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+，H2S濃度減小，使平衡向正反應方向移動。步驟①反應過程中可觀察到有淡黃色固體生成，該淡黃色固體為S，總反應的離子方程式為PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+S+2Fe2+。Fe3+以氫氧化物形式開始沉淀時的pH為1.9，該步驟需控制溶液的pH1.9，主要目的是：防止Fe3+水解形成沉淀。

（2）根據已知②，步驟②中飽和食鹽水的作用是：增大c（Cl-），將PbCl2固體轉化為PbCl42-而溶解。

（3）步驟③中濾液A經蒸發濃縮、冰水浴冷卻結晶，濾液中PbCl42-又轉化為PbCl2固體，還需進行的操作是：過濾、洗滌、干燥。

（4）步驟④中的反應為PbCl2（s）+SO42-（aq）PbSO4（s）+2Cl-（aq），該反應的平衡常數K=====103，當c（Cl-）=1.0mol/L，c（SO42-）=c2（Cl-）103=1.010-3mol/L。濾液B中主要含Fe2+、Na+、Cl-；濾液B加入適量X處理后進入步驟①循環利用，試劑X具有氧化性，能將Fe2+氧化成Fe3+。a項，HNO3能將Fe2+氧化成Fe3+，HNO3被還原成NO，NO污染大氣，a項不行；b項，Cl2能將Fe2+氧化成Fe3+，自身被還原成Cl-，b項可以；c項，H2O2能將Fe2+氧化成Fe3+，自身被還原成H2O，c項可以；d項，鐵粉不能將Fe2+氧化成Fe3+，d項不行；答案選b或c或bc。

（5）①根據圖像，pH為13~14時，隨著NaOH的滴入，鉛的主要形態的變化是Pb（OH）3-明顯減少，Pb（OH）42-明顯增多，pH為13~14時，溶液中發生的主要反應的離子方程式為Pb（OH）3-+OH-=Pb（OH）42-。

②脫鉛過程中主要發生的反應為：2DH（s）＋Pb2+（aq）D2Pb（s）＋2H+（aq），pH小于6時上述脫鉛反應被抑制；pH為6時，鉛的主要存在形態為Pb2+，最有利于脫鉛反應；pH大于6時，鉛還有Pb（OH）+、Pb（OH）2、Pb（OH）3-、Pb（OH）42-等其他形態，Pb2+的濃度分數減小，不利于Pb2+的“捕捉”；故脫鉛時最合適pH約為6。該實驗中鉛的脫除率為100%=96%。