Question

【题目】铅单质及其化合物在新能源领域应用广泛，工业上利用方铅精矿（主要成分为PbS）制备PbSO4的工艺流程如下：

已知：①PbCl2（s）+2Cl－(aq)PbCl4-(aq) △H＞0 ②Ksp(PbSO4)=1.0×10-8,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5③Fe3＋、Pb2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH值分别为3.2、7.0。

（1）步骤Ⅰ中发现有淡黄色沉淀生成，请写出离子反应方程式：_______________________；

（2）步骤Ⅰ原料预处理过程中写出一种除搅拌外加快反应速率的办法：_________________；反应温度不宜过高，且需加入过量盐酸保证溶液呈强酸性，原因是：____________________；

（3）操作①应为：_______ ；操作②应为：_________ ；

A、趁热过滤 B、蒸发浓缩，冷却结晶； C、蒸发结晶 D、重结晶

（4）写出步骤III中PbCl2生成PbSO4的离子反应方程式：___________________________ ，该反应的平衡常数K=_______；

（5）铅蓄电池（Pb-PbO2-H2SO4）充电时的阳极反应方程式：_________________________ ；

（6）某铅蓄电池放电时电流为0.2A，可持续放电时间96500s，此时参加反应的Pb的质量为41.4g，求该电池放电的能量转化率α=_________ 。（电池能量转化率的定义：α=实际输出电量/理论输出电量×100%，结果保留两位有效数字，已知法拉第常数为96500C/mol）

Answer 1

【答案】PbS+2Fe3＋+2Cl－= PbCl2+2Fe2＋+S将方铅矿精矿磨成粉末抑制Fe3+、Pb2+离子水解ABPbCl2（s）+ SO42(aq) PbSO4（s）+2Cl-(aq)1.6×103mol/LPbSO4 -2e +2H2O =PbO2+SO42-+4H+50%

【解析】

往方铅矿精矿中加入FeCl3溶液和盐酸，FeCl3与PbS反应生成PbCl2和S，产物中加入饱和食盐水，趁热过滤，利于PbCl2（s）+2Cl－(aq)PbCl4-(aq)△H＞0

正向进行，使PbCl2溶解，过滤除去硫等杂质，滤液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2＋、Fe3＋等，滤液1蒸发浓缩，冷水浴中冷却，利用平衡逆向进行，析出PbCl2晶体，PbCl2晶体中加入稀硫酸，转化为更难溶的硫酸铅沉淀，过滤得到硫酸铅沉淀，洗涤、烘干得到硫酸铅粉末，以此解答。

(1)由分析可知FeCl3与PbS反应生成PbCl2和S，Pb元素化合价不变，S元素化合价升高，则铁元素的化合价降低，有FeCl2生成，反应离子方程式为：PbS+2Fe3＋+2Cl－= PbCl2+2Fe2＋+S ，

因此，本题正确答案是：PbS+2Fe3＋+2Cl－= PbCl2+2Fe2＋+S ；

(2) 将方铅矿精矿磨成粉末能增大反应接触面积，加快反应速率；Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH值分别为3.2、7.0，加入盐酸的主要目的是为了控制pH值在0.5~1.0，抑制Fe3+、Pb2+的水解，
因此，本题正确答案是：将方铅矿精矿磨成粉末；抑制Fe3+、Pb2+离子水解；

(3)产物中加入饱和食盐水，趁热过滤，利于PbCl2（s）+2Cl－(aq)PbCl4-(aq)△H＞0

正向进行，使PbCl2溶解，过滤除去硫等杂质，滤液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2＋、Fe3＋等，滤液1蒸发浓缩，冷水浴中冷却，利用平衡逆向进行，析出PbCl2晶体，操作①应为：趁热过滤；操作②应为：蒸发浓缩，冷却结晶；

因此，本题正确答案是：A ； B ；
(4) Ksp(PbSO4)=1.0×10-8<Ksp(PbCl2)=1.6×10-5，结合沉淀的转化，PbCl2晶体转化为PbSO4沉淀是因为PbCl2中加入稀硫酸破坏了氯化铅的溶解平衡，使溶解平衡正向移动生成硫酸铅，反应的离子方程式为：PbCl2（s）+ SO42-(aq)PbSO4（s）+2Cl-(aq)，该反应的平衡常数K====1.6×103mol/L
因此，本题正确答案是：PbCl2（s）+ SO42-(aq)PbSO4（s）+2Cl-(aq)；1.6×103mol/L；
(5)铅蓄电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，PbSO4在阳极失去电子，生成PbO2，电极反应式为：PbSO4 -2e- +2H2O =PbO2+SO42-+4H+；

因此，本题正确答案是：PbSO4 -2e- +2H2O =PbO2+SO42-+4H+；（6）41.4gPb的物质的量为：=0.2mol，由电极反应可知：Pb2e-，所以实际输出电量为：0.2mol×2×96500C/mol=38600C，理论输出的电量为：Q=It=0.2A×96500s=19300C，

该电池放电的能量转化率α=实际输出电量/理论输出电量×100%=×100%=50%,

因此，本题正确答案是：50%。