Question

炼铅烟尘的主要成分为铅的氧化物(Pb₂O₃、Pb₃O₄、PbO)及PbSO₄，其杂质主要为含镉(Cd)化合物，回收处理炼铅烟尘可实现资源再生。某工艺流程如图：

已知：ⅰ.Pb₂O₃Pb₃O₄PbO

ⅱ.CdSO₄易溶于水，热稳定性好

ⅲ.PbSO₄(s)+2Cl^-(aq)PbCl₂(s)+SO₄^2-(aq)

PbCl₂(s)+2Cl^-(aq)PbCl₄^2-(aq)

ⅳ.Pb(OH)₂为两性氢氧化物

(1)步骤①中焙烧的目的是________。在此过程中PbO与浓硫酸发生反应的化学方程式为________。

(2)滤液I的成分是________。

(3)相同反应时间，步骤①中焙烧温度和酸料比对Pb、Cd去除率的影响如下表所示（均未达到平衡状态）。

焙烧温度/℃	各元素的去除率/%	酸料比/(mL/g)	各元素的去除率/%
Pb	Cd	Pb	Cd
100	2.57	56.63	0.3	2.57	74.12
200	2.62	89.30	0.4	2.67	85.10
500	2.67	96.98	0.5	2.72	92.48
600	2.87	95.42	0.6	2.67	96.98
900	2.88	40.15	0.7	2.65	95.13

应选择的焙烧温度和酸料比为________。

Cd去除率随温度升高先增大后减小的原因可能为________。

(4)步骤③中NaCl溶液的作用是________。

(5)步骤④的操作是________。

(6)下列说法正确的是________(填序号)。

A.步骤①中浓硫酸作氧化剂

B.步骤③中pH<4的目的是防止Pb²⁺水解

C.步骤④的滤液可循环利用以提高Pb的回收率

D.步骤⑤中增大NaOH溶液浓度可使Pb沉淀完全

Answer

将Pb2O3、Pb3O4转化为PbO PbO+H2SO4PbSO4+H2O CdSO4(H2SO4) 温度为500℃，酸料比为0.6 mL/g 温度升高反应速率加快，一段时间内Cd去除率增大；温度过高导致硫酸损失，反应物浓度减小，因此一段时间内Cd去除率降低 使PbSO4转化成PbCl42-，与不溶杂质分离开 加水稀释，过滤 BC

【解析】

炼铅烟尘主要成分为铅的氧化物(Pb2O3、Pb3O4、PbO)及PbSO4，其杂质主要为含镉(Cd)化合物，Pb的稳定氧化物是PbO，高温焙烧能够使不稳定的Pb2O3、Pb3O4转化为PbO，然后加入浓硫酸，发生复分解反应产生PbSO4，杂质镉(Cd)的化合物反应产生易溶性CdSO4，然后用水浸泡，可除去可溶性杂质，在滤液I中主要含有CdSO4及过量H2SO4，然后向滤渣PbSO4中加入NaCl溶液，会发生离子交换反应，为促进物质反应，温度控制在90℃，调节溶液pH<4，可防止Pb2+水解，PbSO4发生反应转化为可溶性物质[PbCl4]2-，然后过滤除去不溶性杂质，将滤液II进行稀释得到PbCl2沉淀，再将其过滤出来，洗涤干净，用适量NaOH溶液溶解得到Pb(OH)2。

(1)步骤①中焙烧的目的是将Pb2O3、Pb3O4转化为稳定氧化物PbO。在此过程中PbO与浓硫酸发生复分解反应产生PbSO4和H2O，反应的化学方程式为PbO+H2SO4PbSO4+H2O。

(2)在加热浓硫酸焙烧时Pb的氧化物转化为PbSO4，杂质Cd的化合物转化为CdSO4，根据题干信息可知CdSO4易溶于水，热稳定性好，而PbSO4难溶于水，所以滤液I的成分是CdSO4及过量的H2SO4。

(3)根据相同反应时间，步骤①中焙烧温度和酸料比对Pb、Cd去除率的影响可知：在酸配料比不变时，温度升高，Cd的去除率先增大后减小，在500℃时Cd的去除率达到最大值，因此焙烧温度是500℃；在温度不变，酸料比为0.6 mL/g时Cd的去除率达到最大值，故应选择的焙烧温度和酸料比为温度为500℃，酸料比为0.6 mL/g；

Cd去除率随温度升高先增大后减小的原因可能是：温度升高，反应速率加快，一段时间内Cd去除率增大；当温度过高时导致硫酸损失，反应物浓度减小，因此一段时间内Cd去除率又降低。

(4)在步骤③中NaCl溶液的作用是能够使难溶性的PbSO4转化成可溶性PbCl42-进入溶液，从而与不溶杂质分离开。

(5)根据信息ⅲ. PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)可知，将滤液加水稀释，平衡逆向移动，就可以得到PbCl2固体，因此步骤④的操作是加水稀释，过滤。

(6)A. 步骤①中浓硫酸与PbO反应产生PbSO4，CdO反应产生CdSO4，元素化合价都不变，因此硫酸的作用不是作氧化剂，A错误；

B. Pb(OH)2为两性氢氧化物，因此铅盐是强酸弱碱盐，在溶液中易发生水解反应使溶液显酸性，在步骤③中调节溶液pH<4的目的是防止Pb2+水解，B正确；

C. 在步骤④的滤液中含有一定量的PbCl2，若将其循环利用，就提高Pb的回收率，C正确；

D. Pb(OH)2为两性氢氧化物，若步骤⑤中增大NaOH溶液浓度，NaOH过量，则Pb(OH)2与过量NaOH反应产生Na2PbO2进入溶液，最终不能得到Pb(OH)2，因此NaOH浓度不易过大，D错误；

故合理选项是BC。