Question

三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO₄·H₂O，相对分子质量为990)简称“三盐”，白色或微黄色粉末，热稳定性能优良，主要用作聚氯乙烯的热稳定剂。“三盐”是由可溶性铅盐中加入硫酸生成硫酸铅，再加氢氧化钠而制得。以100.0 t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO₄等)为原料制备“三盐”的工艺流程如图所示。

已知：①K_sp(PbSO₄)=1.82×10^-8，K_sp(PbCO₃)=1.46×10^-13；②铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不起作用。

请回答下列问题：

(1)写出步骤①“转化”的化学方程式：_____，该反应能发生的原因是________。 

(2)步骤②“过滤1”后所得滤渣的主要成分为__________。 

(3)步骤③“酸溶”，最适合选用的酸为__，为提高酸溶速率，可采取的措施是___________(任意写出一条)。 

(4)从原子利用率的角度分析该流程的优点为__________。 

(5)步骤⑥“合成”的化学方程式为___________________。若得到纯净干燥的“三盐”49.5 t，假设铅泥中的铅元素有80%转化为“三盐”，则铅泥中铅元素的质量分数为____%(结果保留一位小数)。

Answer

PbSO4+Na2CO3=PbCO3+Na2SO4 Ksp(PbSO4)＞Ksp(PbCO3)，容易实现沉淀的转化 Pb、PbO、PbCO3 HNO3 适当升温(适当增加硝酸浓度、减小滤渣颗粒大小等合理答案均可) 滤液2(HNO3溶液)可以循环利用 4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O 51.8

【解析】

以100.0t铅泥（主要成分为PbO、Pb及PbSO4等）为原料制备三盐：向铅泥中加Na2CO3溶液是将PbSO4转化成PbCO3，Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s)，所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3，Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下反应：3Pb+8HNO3=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O、PbCO3+2HNO3=Pb(NO3)2+CO2↑+H2O、PbO+2HNO3=Pb(NO3)2+H2O，均转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加稀H2SO4转化成PbSO4和硝酸，过滤的滤液2为HNO3，可循环利用，向硫酸铅中加入氢氧化钠合成三盐和硫酸钠，4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O，滤液3主要是硫酸钠，洗涤沉淀干燥得到三盐，据此分析解答。

(1)步骤①向铅泥中加Na2CO3溶液，由已知信息可知Ksp(PbSO4)＞Ksp(PbCO3)，Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s)，则PbSO4更易转化成PbCO3，所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3；

(2)由分析可知步骤②“过滤1”后所得滤渣的主要成分为Pb、PbO、PbCO3；

(3)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，若用稀硫酸或盐酸溶解，产物PbCl2或PbSO4难溶于水，溶解效果差；酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是适当升温（或适当增大硝酸浓度或减小沉淀微粒大小等）； 

(4)从原子利用率的角度分析该流程的优点为Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加稀H2SO4转化成PbSO4和硝酸，HNO3可循环利用；

(5)步骤⑥合成三盐的化学方程式为：4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O，若得到纯净干燥的三盐49.5t，则其中铅元素的质量为：×49.5t=41.4t，设铅泥中铅元素的质量分数为w，则100.0t铅泥中铅元素为100×w，铅泥中的铅元素有80%转化为三盐，有100t×w×80%=41.4t，解得w≈51.8%。