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三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O,相对分子质量为990)简称“三盐”,白色或微黄色粉末,热稳定性能优良,主要用作聚氯乙烯的热稳定剂。“三盐”是由可溶性铅盐中加入硫酸生成硫酸铅,再加氢氧化钠而制得。以100.0t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备“三盐”的工艺流程如图所示。
已知:①Ksp(PbSO4)=1.82×10-8,Ksp(PbCO3)=1.46×10-13;②铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不起作用。
请回答下列问题:
(1)写出步骤①“转化”的化学方程式:_____,该反应能发生的原因是________。
(2)步骤②“过滤1”后所得滤渣的主要成分为__________。
(3)步骤③“酸溶”,最适合选用的酸为__,为提高酸溶速率,可采取的措施是___________(任意写出一条)。
(4)从原子利用率的角度分析该流程的优点为__________。
(5)步骤⑥“合成”的化学方程式为___________________。若得到纯净干燥的“三盐”49.5t,假设铅泥中的铅元素有80%转化为“三盐”,则铅泥中铅元素的质量分数为____%(结果保留一位小数)。
PbSO4+Na2CO3=PbCO3+Na2SO4 Ksp(PbSO4)>Ksp(PbCO3),容易实现沉淀的转化 Pb、PbO、PbCO3 HNO3 适当升温(适当增加硝酸浓度、减小滤渣颗粒大小等合理答案均可) 滤液2(HNO3溶液)可以循环利用 4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O 51.8
以100.0t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐:向铅泥中加Na2CO3溶液是将PbSO4转化成PbCO3,Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s),所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3,Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下反应:3Pb+8HNO3=3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O、PbCO3+2HNO3=Pb(NO3)2+CO2↑+H2O、PbO+2HNO3=Pb(NO3)2+H2O,均转化成Pb(NO3)2,Pb(NO3)2中加稀H2SO4转化成PbSO4和硝酸,过滤的滤液2为HNO3,可循环利用,向硫酸铅中加入氢氧化钠合成三盐和硫酸钠,4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O,滤液3主要是硫酸钠,洗涤沉淀干燥得到三盐,据此分析解答。
(1)步骤①向铅泥中加Na2CO3溶液,由已知信息可知Ksp(PbSO4)>Ksp(PbCO3),Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s),则PbSO4更易转化成PbCO3,所以滤液Ⅰ的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3;
(2)由分析可知步骤②“过滤1”后所得滤渣的主要成分为Pb、PbO、PbCO3;
(3)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2,若用稀硫酸或盐酸溶解,产物PbCl2或PbSO4难溶于水,溶解效果差;酸溶时,为提高酸溶速率,可采取的措施是适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀微粒大小等);
(4)从原子利用率的角度分析该流程的优点为Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2,Pb(NO3)2中加稀H2SO4转化成PbSO4和硝酸,HNO3可循环利用;
(5)步骤⑥合成三盐的化学方程式为:4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O,若得到纯净干燥的三盐49.5t,则其中铅元素的质量为:×49.5t=41.4t,设铅泥中铅元素的质量分数为w,则100.0t铅泥中铅元素为100×w,铅泥中的铅元素有80%转化为三盐,有100t×w×80%=41.4t,解得w≈51.8%。
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