化学自习室移动版

工业流程综合题型涉及到的化学原理、化学实验操作、化学工业流程评价(利用率、效率、产能、环保)等内容多，集中考察应用所学化学原理、方法解决工业中生产实践问题的能力。主要包括：材料预处理(粉碎、研磨等)、制备(焙烧、浸取、分离、精制等)、实验操作评价、化学过程中化学原理分析等。

解题的关键：明确工业流程的主要思路、熟悉流程涉及物质的主要的化学反应性质、掌握化学实验基础操作的应用范围、特点，掌握化学平衡移动的基本原理；熟知化学反应动力学原理在化学工业中的应用等。

例：废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO₄、PbO₂、PbO和Pb，以及少量钡、铁、铝的盐或氧化物等。为实现铅资源回收，通过以下流程图实现：

根据以上信息回答问题：

分析：

据题意明确，考察铅废弃物料回收，铅主要存在形态：PbSO₄、PbO₂、PbO和Pb。含有少量钡、铁、铝的盐或氧化物等杂质。

工业流程的主要思路是将铅物料转化、除杂，获得PbO产品。显然，铅原料价态(0、＋2、＋4)，转化为＋2价PbO，反应过程涉及溶解、转化、氧化还原反应等。

工业流程包括铅膏脱硫、酸浸、沉铅、焙烧分解等步骤，进一步分析，

脱硫步骤加入Na₂CO₃试剂，分离滤液，保留滤渣(沉淀)，主要是针对PbSO₄转化、分离，实现脱硫，即脱硫酸根，利用溶度积原理，实现PbSO₄与Na₂CO₃反应，生成PbCO₃沉淀和Na₂SO₄溶液，分离，脱硫。

PbSO₄(s)＋Na₂CO₃(aq)⇌PbCO₃(s)＋Na₂SO₄(aq)

沉淀－溶解平衡：当AgCl沉淀溶解和结晶速度相等时建立一种动态平衡。此时溶液是饱和溶液，它是固液多相平衡。

AgCl(s)⇌Ag^＋(aq)＋Cl^－(aq)

K_sp(AgCl) = [Ag^＋]×[Cl^－]，

K_sp称为溶度积常数，简称溶度积。它反映了物质生成沉淀、溶解能力。相同类型的难溶电解质比较，K_sp越小的物质，越容易生成沉淀。如，PbSO₄与PbCO₃比较，K_sp更小的PbCO₃易于沉淀，即PbSO₄沉淀易于转化为PbCO₃沉淀。但是BaSO₄与BaCO₃比较，两者K_sp相近，无法使BaSO₄与碳酸钠反应转化为BaCO₃沉淀。PbCO₃沉淀中混杂有钡盐杂质。

酸浸步骤，此时铅物料存在形态：PbCO₃、PbO₂、PbO和Pb，加入HAc、H₂O₂试剂，控制体系pH值4.9，结合该步骤分离滤渣，保留含铅滤液用于沉铅步骤分析，HAc溶解PbO、PbCO₃生成Pb(Ac)₂；PbO₂具有强的氧化作用(惰性电子对效应)，与HAc、H₂O₂试剂反应，转化为Pb(Ac)₂，H₂O₂起到还原剂作用；Pb(0价)具有一定的还原作用，与HAc、H₂O₂试剂反应，转化为Pb(Ac)₂，H₂O₂起到氧化剂的作用。涉及反应：

PbCO₃＋2HAc=Pb(Ac)₂＋H₂O＋CO₂

PbO＋2HAc=Pb(Ac)₂＋H₂O

PbO₂＋2HAc＋H₂O₂=Pb(Ac)₂＋2H₂O＋O₂

Pb＋2HAc＋H₂O₂=Pb(Ac)₂＋2H₂O

酸浸后，溶液控制体系pH值4.9，此时，并未生成Pb(OH)₂沉淀；但铁铝盐杂质生成相应的氢氧化物沉淀，易于与醋酸铅盐溶液分离；为使铁物种更好分离，需要将＋2价的亚铁盐转化为＋3价的铁盐，显然必然消耗体系中H₂O₂，整个过程耗用较多的过氧化氢；此时，过氧化氢既是氧化剂、也是还原剂，反应后，并未给体系引入新的杂质。

沉铅步骤，加入NaOH试剂，使得Pb(Ac)₂转化为Pb(OH)₂沉淀，但引入了钠离子杂质，及钡离子残留；因此，分离后的Pb(OH)₂沉淀需要多次洗涤，减少杂质影响。

2NaOH＋Pb(Ac)₂=Pb(OH)₂＋2NaAc

沉铅获得的Pb(OH)₂沉淀经焙烧分解等处理，得到PbO产品，实现铅膏回收。