Question

某研究性學習小組利用廢舊鉛蓄電池陰、陽極填充物------鉛膏（含PbO、PbO₂、PbSO₄）制備電絕緣材料三鹽基硫酸鉛（3PbO?PbSO₄?H₂O），進行資源回收研究，設計實驗流程如下：

（1）步驟①鉛膏中PbSO₄與Na₂CO₃溶液反應轉化為PbCO₃，說明溶解度：PbSO₄

 

（填“＞”或“＜”）PbCO₃．
（2）步驟①中PbO₂轉化為PbCO₃的離子方程式是（請配平此離子方程式）：PbO₂+SO₃^2-+CO₃^2-+

 

═PbCO₃↓+SO₄^2-+OH^-．
（3）將步驟①和④的濾液合并，加入

 

PH=7，再經過

 

、冷卻結晶、

 

、洗滌、干燥，可獲得Na₂SO₄?10H₂O晶體．
（4）若鉛膏的質量為78g，步驟①中PbO₂和PbSO₄全部轉化為PbCO₃，且PbO未發(fā)生反應；步驟②中共收集到5.6LCO₂（標準狀態(tài)），步驟③中獲得90.9g PbSO₄，則鉛膏中PbO的質量分數(shù)為

 

（假設流程中原料無損失）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：鉛膏（含PbO、PbO₂、PbSO₄）中加入亞硫酸鈉和碳酸鈉之后，鉛膏中PbSO₄與Na₂CO₃溶液反應轉化為PbCO₃和硫酸鈉溶液，PbO₂轉化為PbCO₃，其中的PbO和碳酸鉛被過濾出來，向其中加入硝酸，可以得到硝酸鉛溶液，同時放出二氧化碳氣體，向硝酸鉛中加入硫酸，發(fā)生復分解反應得到硫酸鉛和硝酸，向酸性的硫酸鉛溶液中加入過量的氫氧化鈉溶液過濾可以得到三鹽基硫酸鉛（3PbO?PbSO₄?H₂O）和硫酸鈉的溶液，硫酸鈉溶液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到硫酸鈉的晶體．
（1）沉淀是向著更難溶的方向轉化；
（2）根據(jù)氧化還原反應中化合價的升降結合電子守恒、電荷守恒以及元素守恒來計算；
（3）硫酸鈉溶液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到硫酸鈉的晶體；
（4）根據(jù)C元素守恒計算碳酸鉛的物質的量，根據(jù)Pb元素守恒，計算PbO和碳酸鉛的物質的量，據(jù)此計算PbO的物質的量，進而計算其質量分數(shù)．

解答： 解：鉛膏（含PbO、PbO₂、PbSO₄）中加入亞硫酸鈉和碳酸鈉之后，鉛膏中PbSO₄與Na₂CO₃溶液反應轉化為PbCO₃和硫酸鈉溶液，PbO₂轉化為PbCO₃，其中的PbO和碳酸鉛被過濾出來，向其中加入硝酸，可以得到硝酸鉛溶液，同時放出二氧化碳氣體，向硝酸鉛中加入硫酸，發(fā)生復分解反應得到硫酸鉛和硝酸，向酸性的硫酸鉛溶液中加入過量的氫氧化鈉溶液過濾可以得到三鹽基硫酸鉛（3PbO?PbSO₄?H₂O）和硫酸鈉的溶液，硫酸鈉溶液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到硫酸鈉的晶體．
（1）鉛膏中PbSO₄與Na₂CO₃溶液反應轉化為PbCO₃和硫酸鈉溶液，PbSO₄轉化為PbCO₃，說明溶解度：PbSO₄的要大于碳酸鉛的，沉淀是向著更難溶的方向轉化；
故答案為：＞；
（2）反應PbO₂+SO₃^2-+CO₃^2-+？→PbCO₃↓+SO₄^2-+OH^-中，Pb的化合價降低了2價，S的化合價升高了2價，所以PbO₂、SO₃^2-、PbCO₃、SO₄^2-的系數(shù)都是1，根據(jù)碳元素守恒，CO₃^2-，的系數(shù)是1，根據(jù)電荷守恒，OH^-的系數(shù)是2，根據(jù)H元素守恒，反應物中應該添加H₂O，即PbO₂+SO₃^2-+CO₃^2-+H₂O=PbCO₃↓+SO₄^2-+2OH^-，
故答案為：1，1，1，1，H₂O，1，1，2；
（3）將步驟①和④的濾液即硫酸鈉溶液合并，其中還會含有過量的氫氧化鈉，所以顯示堿性，應該加硫酸調節(jié)pH到中性，不能引進雜質離子，可以選擇硫酸，硫酸鈉溶液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到硫酸鈉的晶體．
故答案為：H₂SO₄；蒸發(fā)濃縮；過濾；
（4）PbO和碳酸鉛中加入硝酸，可以得到硝酸鉛溶液，同時放出二氧化碳氣體，步驟②中共收集到5.6L即0.25molCO₂（標準狀態(tài)），根據(jù)碳元素守恒，
所以含有碳酸鉛是0.25mol，步驟③中獲得90.9g即0.3molPbSO₄，根據(jù)Pb守恒，這些Pb都來自PbO和碳酸鉛，所以PbO的物質的量是0.3mol-0.25mol=0.05mol，PbO的質量分數(shù)為

0.05mol×223g/mol

78g

×100%=14.3%．
故答案為：14.3%．

點評：本題考查較綜合，涉及混合物的分離和提純、氧化還原反應等知識點，能從整體上分析、把握制取原理，知道亞硫酸鹽和二氧化鉛能發(fā)生氧化還原反應，題目難度中等．