Question

【题目】某小组利用含铅废料(主要含PbO、PbSO4和PbO2)制备化工产品(PbSO4·3PbO·H2O)的工艺流程如图：

已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13。请回答下列问题：

(1)“转化”时，加入Na2CO3的目的是将PbSO4转化成PbCO3，其转化原理是___________。PbO2转化为PbCO3的离子方程式为_________。

(2)该流程中可以循环利用的物质是_________，若其中残留过多SO42－，循环利用可能出现的问题是__________。

(3)一定浓度的硝酸溶解PbCO3和PbO时，“酸溶”时，金属离子浸出率与温度的关系如图所示。当温度为40℃，金属离子浸出率最高，其主要原因是________。

(4)取一定量的含铅废料经上述“转化”，假设含铅废料中的PbO2和PbSO4全部转化成PbCO3，且PbO未发生反应，“酸溶”时共收集到5.6 L CO2(标准状况)，“沉铅”时得到121.2 g PbSO4。

①原含铅废料中含PbO的物质的量为__________。

②“合成”时，加入NaOH的质量为__________。

(5)工业上，电解Pb(NO3)2溶液制备活性电极材料PbO2，其阳极的电极反应式为_________。

Answer 1

【答案】溶解度较大的物质容易转化成溶解度较小的物质 PbO2+H2O+SO32-+CO32-=PbCO3+SO42-+2OH- HNO3 PbSO4覆盖在PbCO3表面阻止反应 温度低于40℃时反应速率慢；温度高于40℃时硝酸挥发和分解速率加快 0.15mol 24g Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+

【解析】

含铅废料的主要成分为PbO、PbSO4和PbO2，加入Na2SO3后产物为PbO、PbCO3，PbO2中铅元素化合价降低，说明发生氧化还原反应；加入稀硝酸溶解难溶的PbO、PbCO3，再加稀硫酸生成硫酸铅，最后加入氢氧化钠溶液得到产物。由已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13可知，PbSO4溶解度大于PbCO3。

（1）由溶度积可知，PbSO4的溶解度大于PbCO3，所以加入碳酸钠将PbSO4转化为PbCO3。加入Na2SO3后PbO2中铅元素化合价降低，Na2SO3还原PbO2，S元素化合价升高，根据电子守恒，得到离子方程式PbO2+H2O+SO32-+CO32-=PbCO3+SO42-+2OH-。

（2）“沉铅”时，发生反应Pb(NO3)2+H2SO4=PbSO4+2HNO3，硝酸在“酸溶”过程中做为反应物，故可循环利用的物质为HNO3。稀硝酸中残留过多SO42－，会生成难溶的硫酸铅，PbSO4覆盖在PbCO3表面，阻止碳酸铅与稀硝酸反应。

（3）由图象可知，当温度低于40℃时反应速率慢，金属离子浸出率低；温度高于40℃时硝酸挥发和分解速率加快，导致反应物浓度降低，反应减慢，金属离子浸出率降低。

（4）①“沉铅”时得到121.2 g PbSO4，n(PbSO4)=，“酸溶”时共收集到5.6 L CO2(标准状况)，n(CO2)=0.25mol。“转化”过程中PbSO4和PbO2转化为PbCO3，酸溶”时PbCO3与稀硝酸反应生成CO2，故原料中PbSO4和PbO2共0.25mol，而PbO、PbSO4和PbO2的总物质的量为0.4mol，故原含铅废料中含PbO的物质的量为0.15mol。

②加入氢氧化钠溶液发生反应PbSO4+2NaOH=PbO+Na2SO4+H2O，由产品组成PbSO4·3PbO·H2O可知，0.4molPbSO4中有0.3mol转化为0.3mol PbO，根据化学方程式可知，加入NaOH的物质的量为0.6mol，质量为0.6mol×40gmol-1=24g。

(5)阳极上发生氧化反应，水提供氧元素生成的PbO2和HNO3，故阳极的电极反应式为Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+。