Question

硫酸铅( PbSO₄) 广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。工业生产中利用方铅矿（主要成分为 PbS, 含有FeS₂等杂质）和软锰矿（主要成分为MnO₂ ) 制备PbSO₄的工艺流程如图：

已知：

i. PbCl₂难溶于冷水，易溶于热水

ii. PbCl₂ (s) + 2 Cl^- ( aq )  PbCl₄^2-( aq )   △H> 0

iii.K_sp(PbSO₄) =1. 08 ×10^-8 , K_sp(PbC1₂) = 1. 6× 10 ^-5

(1)“浸取”过程中盐酸与MnO₂ 、P bS 发生反应生成PbCl₂和S 的化学方程式为______________，加入NaCl 的目的是__________________。

(2)沉降操作时加入冰水的作用是_______________________。

(3) 20°C 时 ，PbCl₂ ( s) 在不同浓度盐酸中的最大溶解量( g • L^-1 )  如图所示。下列叙述正确的是_____________（填字母）

A. 盐酸浓度越小，K_sp(PbC1₂)越小

B.x、y 两点对应的溶液中c( Pb²⁺ )不相等

C 当盐酸浓度为1  mol• L^-1 时，溶液中c( Pb²⁺)一定最小

D. 当盐酸浓度小于1 mol• L^-1时 ，随 HCl 浓度增大，P bCl₂ 溶解量减少是因为 Cl^-浓度增大使 PbCl₂溶解平衡逆向移动

(4)调 pH 的目的是__________，PbC1₂ “转化”后得到 PbSO₄, 当c (Cl^-)= 0.100mol/L 时 ，c( SO₄^2-) =________________。

(5)滤液 a 经过处理后可以返回到______工序循环使用。利用制备的硫酸铅与氢氧化钠反应制备目前用量最大的热稳定剂－－三盐基硫酸 (3 PbO•PbSO₄•H₂O) ,写出该反应的化学方程式 _____________________．

Answer

MnO2 + PbS +4HCl =PbCl2+ S + MnCl2+ 2H2O 增大c( Cl- ) 浓度，平衡ii 向右移动， 增大PbCl2溶解性（或将难溶的PbCl2 转化为 PbCl42-溶入水中，增大PbCl2 溶解性） PbCl2 难溶于冷水，降低PbCl2的 溶解度，便于PbCl2 析出晶体 BD 使 Fe3+ 沉淀而除去 6. 75 × 10-6 浸取 4PbSO4+ 6 NaOH=3 PbO • PbSO4•H2O + 3Na2SO4 +2 H2O

【解析】

方铅矿精矿(主要成分为PbS，含有FeS2等杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)中加入稀盐酸，盐酸与MnO2、PbS发生反应生成PbCl2和S，MnO2被还原成Mn2+，加入的NaCl可促进反应PbCl2(s)+2Cl-(aq)⇌PbCl42-(aq)平衡正向移动使更多的Pb元素存在于溶液中；加入Fe2O3溶液调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去，然后过滤；PbCl2难溶于冷水，将滤液冷水沉降过滤得到PbCl2晶体，之后加入稀硫酸发生沉淀转化，生成硫酸铅晶体，过滤得到晶体烘干得到硫酸铅粉末，滤液a中主要成分为HCl。

(1)根据题意可知该过程中MnO2将PbS2中的S元素氧化成S单质，锰元素被还原成Mn2+，根据电子守恒和元素守恒可得方程式为MnO2+PbS+4HClPbCl2+S+MnCl2 +2H2O；加入NaCl 的目的是增大c( Cl- ) 浓度，平衡ii 向右移动， 增大PbCl2溶解性（或将难溶的PbCl2 转化为 PbCl42-溶入水中，增大PbCl2 溶解性）；

(2)温度降低，PbC12+2C1-PbC142-平衡左移，使PbC142-转化为PbC12，便于析出PbC12晶体(或PbC12难溶于冷水，降低PbC12的溶解度，便于析出PbC12晶体)，所以沉降时加入冰水；

(3)PbCl2是微溶化合物，溶于水存在平衡：PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)，由图象可知在浓度为1mol/L时溶解量最小；结合题目所给信息可知，小于1mol/L时，主要是电离出的氯离子抑制氯化铅的溶解，大于1mol/L时，可发生PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)，而促进溶解。

A．Ksp(PbCl2)只受温度的影响，温度不变，则Ksp(PbCl2)不变，故A错误；

B．根据分析可知x、y两点对应的溶液中的溶质不同，所以c(Pb2+)不相等，故B正确；

C．根据分析可知当盐酸浓度大于1mol/L之后，主要发生反应：PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq)，所以此时c(Pb2+)不一定最小，故C错误；

D．根据分析可知盐酸浓度小于1mol·L-1时，主要存在平衡PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)，氯离子的增多使平衡逆向移动，故D正确；

综上所述选BD；

(4)调节pH的主要目的是使Fe3+转化为沉淀，从而除去；

沉淀转化的方程式为PbCl2(s)+SO42-(aq)⇌PbSO4(s)+2Cl-(aq)，该反应的平衡常数K=，所以当c(Cl-)=0.1mol/L时，c(SO42-)=6.75×10-6mol/L；

(5)发生沉淀转化后，滤液a中的主要溶质为HCl，所以经处理后可以返回到浸取工序循环使用；反应物有PbSO4和NaOH，生成中有3PbO·PbSO4·H2O ，根据元素化合价的变化可知该反应不是氧化还原反应，根据元素守恒可得方程式：4PbSO4+6NaOH=3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O。