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1、溶液的配制及分析鉛酸蓄電池自1859年由普蘭特發(fā)明以來,至今已有一百多年的歷史,技術(shù)十分成熟,是全球上使用最廣泛的化學電源,廣泛應(yīng)用于汽車、電動車以及通訊、儀器儀表、雷達系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著世界能源經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的日益提高,在二次電源使用中,鉛蓄電池已占有85%以上的市場份額。鉛酸蓄電池以技術(shù)成熟、成本低、大電流放電性能佳、適用溫度范圍廣、安全性高,可做到完全回收利用等優(yōu)點在汽車起動電池和電動車領(lǐng)域尚無法被其他電池取代。我國每年產(chǎn)生的廢舊鉛蓄電池約330萬噸。從含鉛廢料(含PbSO4、PbO2、PbO等)中回收鉛,實現(xiàn)鉛的再生,意義重大。一種回收鉛的工藝流程如下:問題1.過程,已知:Pb

2、SO4、PbCO3的溶解度(20 )如圖1;Na2SO4、Na2CO3的溶解度如圖2。生產(chǎn)過程中的溫度應(yīng)保持在40 ,若溫度降低,PbSO4的轉(zhuǎn)化速率下降。根據(jù)如圖,解釋可能原因是什么?(素養(yǎng)角度證據(jù)推理與模型認知)提示:溫度降低,反應(yīng)速率降低;隨著反應(yīng)的進行,碳酸鈉的量減少,Na2CO3濃度降低,反應(yīng)速率降低。 問題2.PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲線如圖所示。(素養(yǎng)角度變化觀念與平衡思想)(1)過程的目的是脫硫。濾液1經(jīng)處理后可在過程中重復使用,其目的可能是什么? 提示:過程脫硫過程中發(fā)生的反應(yīng)為PbSO4+2NaOH

3、PbO+Na2SO4+H2O,而濾液中含有硫酸,可降低溶液的pH,使平衡:PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq)逆向移動,減少PbO的損失,提高產(chǎn)品的產(chǎn)率,同時重復利用NaOH。(2)過濾的目的是提純,綜合上述溶解度曲線,簡述過程的操作。提示:根據(jù)PbO的溶解度曲線,提純粗Pb的方法為將粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高溫下的飽和溶液,降溫結(jié)晶、過濾,洗滌并干燥即可得到Pb。1.(2023年承德模擬)硫化鋅(ZnS)是一種重要的化工原料,難溶于水,可由煉鋅的廢渣鋅灰制取其工藝流程如圖所示。已知Na2SO410H2O及Na2SO4的溶解度隨溫度變化曲線如圖:從濾液中得到Na2

4、SO4的操作方法是_?！窘馕觥扛鶕?jù)溶解度隨溫度變化曲線可知,從濾液中得到Na2SO410H2O的操作方法是蒸發(fā)濃縮,在高于32 的條件下趁熱過濾,洗滌,干燥。答案:蒸發(fā)濃縮,在高于32 的條件下趁熱過濾,洗滌,干燥2.甲酸鈣廣泛用于食品、化工、石油等工業(yè)生產(chǎn)上,在300400 左右分解。某研究性學習小組以工業(yè)碳酸鈣(主要成分為CaCO3,雜質(zhì)為Al2O3、FeCO3)為原料,先制備無機鈣鹽,再與甲酸鈉溶液混合制取甲酸鈣。結(jié)合圖中幾種物質(zhì)的溶解度曲線及表中相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 molL-1計算),現(xiàn)提供的試劑有:a.甲酸鈉b.5 molL-1的

5、硝酸c.澄清石灰水請補充完整由碳酸鈣制備甲酸鈣的實驗步驟:步驟1:稱取13.6 g甲酸鈉溶于約20 mL水中,配成溶液待用,并稱取研細的碳酸鈣樣品10 g待用。金屬離子開始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3+13.2Al3+3.05.0Fe2+5.88.8步驟2:_。步驟3:_。步驟4:過濾后,將濾液與甲酸鈉溶液混合,調(diào)整溶液pH為78,充分攪拌,所得溶液經(jīng)_、趁熱過濾、洗滌、干燥得甲酸鈣晶體?！窘馕觥坎襟E2:固體為金屬氧化物及碳酸鹽,故可用硝酸進行溶解,且硝酸還具有強氧化性,可將亞鐵離子氧化成鐵離子,更易除去。步驟3:鐵離子在pH為3.2時沉淀完全,鋁離子在pH為5時沉淀完全,故若要除去雜質(zhì)離子

6、,則加入石灰水調(diào)節(jié)pH至5;步驟4:由圖象可知,溫度較高時,甲酸鈣溶解度很低,而其余物質(zhì)溶解度挺高,若要得到純凈的甲酸鈣晶體,則所得溶液需經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾、洗滌、干燥。答案:用稍過量硝酸溶解碳酸鈣樣品用石灰水調(diào)整溶液的pH=5蒸發(fā)結(jié)晶3.(2023年威海模擬)工業(yè)上利用氯堿工業(yè)中的固體廢物鹽泥主要成分為Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4,除此之外還有NaCl、Al(OH)3、Fe(OH)3、Mn(OH)2等。與廢稀硫酸反應(yīng)制備七水硫酸鎂,產(chǎn)率高,既處理了三廢,又有經(jīng)濟效益。其工藝流程如下:已知:i)部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的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)兩種鹽的溶解度圖(單位為g/100 g水)根據(jù)以上流程圖并參考表格pH數(shù)據(jù)和溶解度圖,請回答下列問題。(1)酸解時,加入的酸為_,在酸解過程中,想加快酸解速率,請?zhí)岢鰞煞N可行的措施_、_。(2)依據(jù)溶解度曲線,操作M應(yīng)采取的方法是適當濃縮,_?！窘馕觥?1)因最終產(chǎn)物為MgSO47H2O,所以酸解時應(yīng)加入硫酸,為加快酸解速率,可采用粉碎、攪拌或適當加熱等措施。(2)依據(jù)溶解度曲線,CaSO4在40 左右溶解度最大,在80 左右溶解度最小,所以操作M應(yīng)采取的方法是適當濃縮、趁熱過濾,盡可能多地除去C

8、aSO4。答案:(1) 硫酸升溫把鹽泥粉碎、攪拌等(2) 趁熱過濾【加固訓練】1.利用廢堿渣(主要成分是Na2CO3)處理硫酸廠尾氣中的SO2可制得無水Na2SO3(成品),其流程如下:下圖所示為亞硫酸鈉的溶解度曲線,則上述流程中的“結(jié)晶”方法是_(填“蒸發(fā)結(jié)晶”或“降溫結(jié)晶”),圖中a點所示分散系類別為_;【解析】根據(jù)溶解度曲線,可用蒸發(fā)結(jié)晶;圖中a點所示分散系類別為有晶體析出,即為(懸)濁液。答案:蒸發(fā)結(jié)晶(懸)濁液2.FePO4是一種難溶于水、易溶于硫酸的固體,可用作金屬防腐劑。實驗室利用FeSO47H2O和H3PO4。(第一級電離常數(shù)Ka1=7.510-3)制備FePO4流程如下:Fe

9、SO4與(NH4)2SO4反應(yīng)可制得摩爾鹽(NH4)2Fe (SO4)26H2O。摩爾鹽易溶于水,不溶于乙醇,性質(zhì)比一般亞鐵鹽穩(wěn)定,接近100 時易失去結(jié)晶水。相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線如圖所示。請補充完整由久置于空氣中的FeSO47H2O樣品合成摩爾鹽的實驗步驟:將樣品溶于適量的硫酸溶液中,加熱使其溶解,然后向其中加入_?？蛇x試劑:蒸餾水、飽和硫酸銨溶液、 3% H2O2、銅粉、鐵粉、無水乙醇?！窘馕觥繉嶒灢襟E:將樣品溶于適量的硫酸溶液中,加熱使其溶解,然后向其中加入足量鐵粉,趁熱過濾,向濾液中加入計算量的飽和硫酸銨溶液,蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾,用無水乙醇洗滌、低于100 烘干。答案:足量鐵粉,

10、趁熱過濾,向濾液中加入計算量的飽和硫酸銨溶液,燕發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾,用無水乙醇洗滌、低于100 烘干3.實驗室中利用含銀廢料(主要含有AgNO3和AgCl)制取硝酸銀的實驗步驟如下:步驟1:向廢液中加入足量NaCl溶液,將所得沉淀過濾,并洗滌干凈。步驟2:將沉淀放入燒杯,并放入鋁片,再加入20%的Na2CO3溶液至浸沒固體,加熱攪拌,至沉淀變?yōu)榛野咨蠥g、Al(OH)3和少量仍未反應(yīng)的AgCl。取出鋁片,過濾并洗滌沉淀。 步驟3:已知AgNO3和Al(NO3)3的溶解度曲線如圖所示,請補充完整由步驟2中所得灰白色沉淀制取硝酸銀固體的實驗方案:向所得灰白色混合物中_,得到硝酸銀晶體(實驗中必須使用的試劑有稀鹽酸、稀硝酸、冰水)。 【解析】步驟2中所得灰白色沉淀主要含有Ag、Al(OH)3和少量仍未反應(yīng)的AgCl,可向沉淀中加入足量稀鹽酸,充分反應(yīng)后,過濾,洗滌沉淀,向沉淀中加入足量稀硝酸,充分反應(yīng)后,過濾,將所得濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,過濾、洗滌、干燥,可得硝酸銀固體。答案:加入足量稀鹽酸,充分反應(yīng)后,過濾;洗滌沉淀,向沉淀中加入足量稀硝酸,充分反應(yīng)后,過濾;將所得濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,過濾;用冰水洗滌、干燥- 6 -