1、溶液的配制及分析铅酸蓄电池自1859年由普兰特发明以来,至今已有一百多年的历史,技术十分成熟,是全球上使用最广泛的化学电源,广泛应用于汽车、电动车以及通讯、仪器仪表、雷达系统等领域。随着世界能源经济的发展和人民生活水平的日益提高,在二次电源使用中,铅蓄电池已占有85%以上的市场份额。铅酸蓄电池以技术成熟、成本低、大电流放电性能佳、适用温度范围广、安全性高,可做到完全回收利用等优点在汽车起动电池和电动车领域尚无法被其他电池取代。我国每年产生的废旧铅蓄电池约330万吨。从含铅废料(含PbSO4、PbO2、PbO等)中回收铅,实现铅的再生,意义重大。一种回收铅的工艺流程如下:问题1.过程,已知:Pb
2、SO4、PbCO3的溶解度(20 )如图1;Na2SO4、Na2CO3的溶解度如图2。生产过程中的温度应保持在40 ,若温度降低,PbSO4的转化速率下降。根据如图,解释可能原因是什么?(素养角度证据推理与模型认知)提示:温度降低,反应速率降低;随着反应的进行,碳酸钠的量减少,Na2CO3浓度降低,反应速率降低。 问题2.PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。(素养角度变化观念与平衡思想)(1)过程的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程中重复使用,其目的可能是什么? 提示:过程脱硫过程中发生的反应为PbSO4+2NaOH
3、PbO+Na2SO4+H2O,而滤液中含有硫酸,可降低溶液的pH,使平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq)逆向移动,减少PbO的损失,提高产品的产率,同时重复利用NaOH。(2)过滤的目的是提纯,综合上述溶解度曲线,简述过程的操作。提示:根据PbO的溶解度曲线,提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液,降温结晶、过滤,洗涤并干燥即可得到Pb。1.(2023年承德模拟)硫化锌(ZnS)是一种重要的化工原料,难溶于水,可由炼锌的废渣锌灰制取其工艺流程如图所示。已知Na2SO410H2O及Na2SO4的溶解度随温度变化曲线如图:从滤液中得到Na2
4、SO4的操作方法是_。【解析】根据溶解度随温度变化曲线可知,从滤液中得到Na2SO410H2O的操作方法是蒸发浓缩,在高于32 的条件下趁热过滤,洗涤,干燥。答案:蒸发浓缩,在高于32 的条件下趁热过滤,洗涤,干燥2.甲酸钙广泛用于食品、化工、石油等工业生产上,在300400 左右分解。某研究性学习小组以工业碳酸钙(主要成分为CaCO3,杂质为Al2O3、FeCO3)为原料,先制备无机钙盐,再与甲酸钠溶液混合制取甲酸钙。结合图中几种物质的溶解度曲线及表中相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL-1计算),现提供的试剂有:a.甲酸钠b.5 molL-1的
5、硝酸c.澄清石灰水请补充完整由碳酸钙制备甲酸钙的实验步骤:步骤1:称取13.6 g甲酸钠溶于约20 mL水中,配成溶液待用,并称取研细的碳酸钙样品10 g待用。金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3+13.2Al3+3.05.0Fe2+5.88.8步骤2:_。步骤3:_。步骤4:过滤后,将滤液与甲酸钠溶液混合,调整溶液pH为78,充分搅拌,所得溶液经_、趁热过滤、洗涤、干燥得甲酸钙晶体。【解析】步骤2:固体为金属氧化物及碳酸盐,故可用硝酸进行溶解,且硝酸还具有强氧化性,可将亚铁离子氧化成铁离子,更易除去。步骤3:铁离子在pH为3.2时沉淀完全,铝离子在pH为5时沉淀完全,故若要除去杂质离子
6、,则加入石灰水调节pH至5;步骤4:由图象可知,温度较高时,甲酸钙溶解度很低,而其余物质溶解度挺高,若要得到纯净的甲酸钙晶体,则所得溶液需经蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥。答案:用稍过量硝酸溶解碳酸钙样品用石灰水调整溶液的pH=5蒸发结晶3.(2023年威海模拟)工业上利用氯碱工业中的固体废物盐泥主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4,除此之外还有NaCl、Al(OH)3、Fe(OH)3、Mn(OH)2等。与废稀硫酸反应制备七水硫酸镁,产率高,既处理了三废,又有经济效益。其工艺流程如下:已知:i)部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH沉淀物Mn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH
7、)3Al(OH)3Mg(OH)2pH(完全沉淀)10.028.963.204.7011.12ii)两种盐的溶解度图(单位为g/100 g水)根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度图,请回答下列问题。(1)酸解时,加入的酸为_,在酸解过程中,想加快酸解速率,请提出两种可行的措施_、_。(2)依据溶解度曲线,操作M应采取的方法是适当浓缩,_。【解析】(1)因最终产物为MgSO47H2O,所以酸解时应加入硫酸,为加快酸解速率,可采用粉碎、搅拌或适当加热等措施。(2)依据溶解度曲线,CaSO4在40 左右溶解度最大,在80 左右溶解度最小,所以操作M应采取的方法是适当浓缩、趁热过滤,尽可能多地除去C
8、aSO4。答案:(1) 硫酸升温把盐泥粉碎、搅拌等(2) 趁热过滤【加固训练】1.利用废碱渣(主要成分是Na2CO3)处理硫酸厂尾气中的SO2可制得无水Na2SO3(成品),其流程如下:下图所示为亚硫酸钠的溶解度曲线,则上述流程中的“结晶”方法是_(填“蒸发结晶”或“降温结晶”),图中a点所示分散系类别为_;【解析】根据溶解度曲线,可用蒸发结晶;图中a点所示分散系类别为有晶体析出,即为(悬)浊液。答案:蒸发结晶(悬)浊液2.FePO4是一种难溶于水、易溶于硫酸的固体,可用作金属防腐剂。实验室利用FeSO47H2O和H3PO4。(第一级电离常数Ka1=7.510-3)制备FePO4流程如下:Fe
9、SO4与(NH4)2SO4反应可制得摩尔盐(NH4)2Fe (SO4)26H2O。摩尔盐易溶于水,不溶于乙醇,性质比一般亚铁盐稳定,接近100 时易失去结晶水。相关物质的溶解度曲线如图所示。请补充完整由久置于空气中的FeSO47H2O样品合成摩尔盐的实验步骤:将样品溶于适量的硫酸溶液中,加热使其溶解,然后向其中加入_。可选试剂:蒸馏水、饱和硫酸铵溶液、 3% H2O2、铜粉、铁粉、无水乙醇。【解析】实验步骤:将样品溶于适量的硫酸溶液中,加热使其溶解,然后向其中加入足量铁粉,趁热过滤,向滤液中加入计算量的饱和硫酸铵溶液,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,用无水乙醇洗涤、低于100 烘干。答案:足量铁粉,
10、趁热过滤,向滤液中加入计算量的饱和硫酸铵溶液,燕发浓缩,冷却结晶,过滤,用无水乙醇洗涤、低于100 烘干3.实验室中利用含银废料(主要含有AgNO3和AgCl)制取硝酸银的实验步骤如下:步骤1:向废液中加入足量NaCl溶液,将所得沉淀过滤,并洗涤干净。步骤2:将沉淀放入烧杯,并放入铝片,再加入20%的Na2CO3溶液至浸没固体,加热搅拌,至沉淀变为灰白色含有Ag、Al(OH)3和少量仍未反应的AgCl。取出铝片,过滤并洗涤沉淀。 步骤3:已知AgNO3和Al(NO3)3的溶解度曲线如图所示,请补充完整由步骤2中所得灰白色沉淀制取硝酸银固体的实验方案:向所得灰白色混合物中_,得到硝酸银晶体(实验中必须使用的试剂有稀盐酸、稀硝酸、冰水)。 【解析】步骤2中所得灰白色沉淀主要含有Ag、Al(OH)3和少量仍未反应的AgCl,可向沉淀中加入足量稀盐酸,充分反应后,过滤,洗涤沉淀,向沉淀中加入足量稀硝酸,充分反应后,过滤,将所得滤液蒸发浓缩、冷却结晶,过滤、洗涤、干燥,可得硝酸银固体。答案:加入足量稀盐酸,充分反应后,过滤;洗涤沉淀,向沉淀中加入足量稀硝酸,充分反应后,过滤;将所得滤液蒸发浓缩、冷却结晶,过滤;用冰水洗涤、干燥- 6 -