微专题17 金属及其化合物制备流程（Pb）-备战2022年高考化学考点微专题（原卷版）.doc

微专题17 金属及其化合物制备流程（Pb）一、物质概况：铅为化学元素，其化学符号是Pb(拉丁文Plumbum;英文lead)，原子序数为82，是原子量最大的非放射性元素。铅是柔软和延展性强的弱金属，有毒，也是重金属。铅原本的颜色为青白色，在空气中表面很快被一层暗灰色的氧化物覆盖。可用于建筑、铅酸蓄电池、弹头、炮弹、焊接物料、钓鱼用具、渔业用具、防辐射物料、奖杯和部份合金，例如电子焊接用的铅锡合金。铅是一种金属元素，可用作耐硫酸腐蚀、防电离辐射、蓄电池等的材料。其合金可作铅字、轴承、电缆包皮等之用，还可做体育运动器材铅球。二、物理性质：铅是银白色的金属(与锡比较，铅略带一点浅蓝色)，十分柔软，用指甲便能在它的表面划出痕迹。用铅在纸上一划，会留下一条黑道道。在古代，人们曾用铅作笔。"铅笔"这名字，便是从这儿来的。铅很重，一立方米的铅重达11.3吨，古代欧洲的炼金家们便用旋转迟缓的土星来表示它，写作"h"。铅球那么沉，便是用铅做的。子弹的弹头也常灌有铅，因为如果太轻，在前进时受风力影响会改变方向。铅的熔点也很低，为327，放在煤球炉里，也会熔化成铅水。三、化学性质：铅很容易生锈-氧化。铅经常是呈灰色的，就是由于它在空气中，很易被空气中的氧气氧化成灰黑色的氧化铅，使它的银白色的光泽渐渐变得暗淡无光。不过，这层氧化铅形成一层致密的薄膜，防止内部的铅进一步被氧化。也正因为这样，再加上铅的化学性质又比较稳定，因此铅不易被腐蚀。在化工厂里，常用铅来制造管道和反应罐。著名的制造硫酸的铅室法，便是因为在铅制的反应器中进行化学反应而得名的.工业制备第一种:火法炼铅目前世界上炼铅以火法炼铅为主，火法炼铅一般包括原料准备(配料、制粒、烧结焙烧)、还原熔炼制取粗铅和粗铅精炼三大工序。烟气制酸、烟尘综合回收以及从阳极泥回收金银等贵金属也是火法炼铅工艺的重要组成部分。铅精烧结焙烧有两个目的:一是将原料中的硫氧化除去，并以SO2形式送去制硫酸;二是使部分伴生金属氧化并与SiO2等脉石成分生成MeO.SiO2低熔点液相，使细粉状铅精矿粘结成多孔硬块，以利还原熔炼。(1)备料 进入烧结工序的物料包括铅精矿、石英熔剂、烧结返料，三者的配比为30:10:60。铅精矿一般含有(%):Pb 50-60、Zn 4-6、Cu 0.2、S15-25、Fe 14、SiO2 1-2。此外，还伴生有Ag、Bi、Cd、In等有价金属。配好的物料，经过混合和制粒，用布料机均匀地平铺在烧结机上进行烧结焙烧。 (2)烧结 现代烧结作业均采用带式烧结机，面积为60-70m3。工作时，铺满炉料的烧结机在传动机械带动下向前移动，经过点火装置处炉料被火焰点燃，并在强制通过料层吸入(或鼓出)的大量窑中氧的作用下，料层温度迅速上升到1073-1173K，炉料中发生了一系列的烧结反应。炉料中主要铅矿物PbS与O2反应生成PbO和SO2:3PbS+5O2=2PbO+PbSO4+2SO23PbSO4+PbS=4PbO+4SO2还有少量金属铅生成:PbS+PbSO4=2Pb+2SO2在炉料中含量较高的黄铁矿(FeS2)发生分解并进一步氧化成FeO, Fe2O3和SO2，进而与SiO2, PbO化合，生成为硅酸盐(2FeO.SiO2、xPbO.SiO2)和亚铁酸盐(xPbO.yFe2O3)。影响烧结焙烧效果的因素有:炉料配比与化学成分;炉料水分;炉料粒度;料层厚度;点火温度;小车运行速度;吸风风量与鼓风压力、风量;烟气SO2浓度等。第二种:电解精炼电解精炼。用硅氟酸和硅氟酸铅做电解液，粗铅做阳极，纯铅做阴极 ，可得纯铅 。耐腐蚀 ，可用作水管 。铅、锑 、锡的合金熔点低(约240) ，凝固时膨胀，可作印刷铅字 。铅玻璃用作X射线防护屏 。大量铅用于生产汽油抗爆剂四乙铅和蓄电池的极板。铅电解精炼现在一般采用是1901年的柏兹所提出的，将粗铅或经过火法初步精炼的半精炼铅，在硅氟酸与硅氟酸铅的水溶液中进行电解的过程。其目的是为了获得高品位的铅并回收銤及稀贵金属。*最后附铅的各种化合物【专题精练】1铅精矿的主要成分为PbS，现用下列两种方法从铅精矿中冶炼金属铅。I.火法炼铅将铅精矿在空气中焙烧，生成PbO和SO2。(1) 用铅精矿火法炼铅的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(2) 火法炼铅的废气中含低浓度SO2，可将废气通入过量氨水中进行处理，反应的离子方程式为：_。II.湿法炼铅在制备金属铅的同时，还可制得硫磺，相对于火法炼铅更为环保。湿法炼铅的工艺流程如下：已知：PbCl2在水中溶解度小，在Cl浓度较大的溶液中，存在平衡：PbCl2(s) + 2Cl(aq)PbCl42(aq) H0(3) 浸取铅精矿时发生反应的离子方程式是_。(4) 由滤液1中析出 PbCl2的操作a是_。(5) 将溶液3和滤液2分别置于如图所示电解装置的两个极室中，可制取金属铅并使浸取液中的FeCl3再生。溶液3应置于_(填“阴极室”或“阳极室”)中。简述滤液2电解后再生为FeCl3的可能原理：_若铅精矿的质量为a g，铅浸出率为b ，当电解池中通过c mol电子时，金属铅全部析出，铅精矿中PbS的质量分数的计算式为_2工业上，利用冶铅废料(含有Pb、PbO、PbS、PbCO3、Pb(OH)2、C以及Fe及其氧化物等)制取立德粉(ZnS·BaSO4)和再提取铅的工艺流程如下：已知：醋酸铅易溶于水，难电离。常温下，Ksp(PbSO4)=1.6×108；Ksp(PbCO3)=8.0×1014。回答下列问题： (1)为了加快的反应速率，通常选用6mol/L的硝酸和60的反应条件，若温度继续升高，反而不利于反应的进行，原因可能是_。(2)步骤若在实验室进行分离操作必需的玻璃仪器有_，滤渣1的主要成分是硫酸铅，洗涤硫酸铅最好选用_。A蒸馏水 B苯 C稀硫酸 D饱和碳酸钠(3)写出步骤反应的离子方程式_。(4)采用电解法精炼铅，海绵铅连接电源的_极(填正、负)，生成铅的电极反应式为_。(5)处理含铅废料1t(含铅以PbO计，质量分数为11.15%)，若回收率为90%，则得到的铅质量_g。3铅及其化合物用途广泛，三盐基硫酸铅（3PbO·PbSO4·H2O，摩尔质量=990 g/mol）简称三盐。以铅泥（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： 。请回答下列问题：(1)步骤中涉及的主要反应的平衡常数K=_（列出计算式即可）。步骤中滤渣的主要成分是_。(2)步骤酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是_（任答一条）。(3)步骤合成三盐的化学方程式为_。现用100 t铅泥可制得纯净干燥的三盐49.5 t，若铅元素的利用率为75%，则铅泥中铅元素的质量分数为_ %。简述步骤检验沉淀洗涤完全的方法_ 。(4)已知水中铅的存在形态主要有Pb2+、Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-，其中Pb(OH)2是沉淀，各形态铅的物质的量的分数随溶液pH变化的关系如图所示，除去污水中的铅，最好控制溶液的pH在_左右，当溶液的pH由13转化为14时发生反应的离子方程式是：_(5)将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，进一步电解Na2PbCl4生成Pb，如图所示。阴极电极反应式是_4我国是世界铅生产和铅消费大国，铅被作为工业原料广泛应用于工业生产中，会以废气、废水、废渣比等各种形式排放于环境中，造成大面积污染，如何有效解决铅污染问题是我国当前面临的重要任务。I.以方铅矿(PbS)为原料制备铅的相关化合物的工艺流程如图所示：(1)“焙烧”时，提高反应速率的措施有_(写一条)。(2)写出“高温还原”的主要化学方程式_。(3)“粗铅”中含有的杂质有锌、铁、铜、银，电解精炼后溶液中的金属阳离子有_。(4)制备销酸铅时需要加热，但温度不宜过高，原因是_。II.含铅废水处理化学沉淀法是除去酸性废水中Pb2+的主要方法，根据其原理不同可以分为：氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、磷酸盐沉淀法、铁氧体沉淀法等。水样中各形态铅的百分含量x与溶液pH变化的关系如图所示。向含Pb2+的溶液中逐滴滴加NaOH，溶液变浑浊，继续滴加 NaOH溶液又变澄清。(5)若采用氢氧化物沉淀法除溶液中的Pb2+，应将溶液的pH调至约为_。pH13 时，溶液中发生的主要离子方程式为_。(6)向酸性含铅废水中加Na2S可将Pb2+转化为PbS除去，使用该方法通常先将溶液pH调至6左右，若溶液pH过低会导致_。 已知Ksp(PbS)=8.0×10-28，国家规定的废水排放标准中铅含量不高于0.5mg/L，若某工厂处理过的废水中S2-浓度为2.0 × 10-20mol/L，该废水中铅含量_(填“已经”或“尚未”)达到国家规定的排放标准。5硫酸铅可用于铅蓄电池、纤维增重剂、涂料分析试剂工业上通常用自然界分布最广的方铅矿(主要成分为PbS)生产硫酸铅。工艺流程如下：已知：Ksp(PbSO4)=1.08×10-8，Ksp(PbCl2)=1.6×l0-5PbCl2(s)+2C1-(aq)PbCl42-(aq)H0Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式开始沉淀时的PH值分别为1.9和7(I )流程中加入盐酸可以控制溶液的pH1.9，主要目的是_，反应过程中可观察到淡黄色沉淀，则步骤（1）对应的主要反应的离子方程式为_；(II) 步骤（2）所得的滤液A 蒸发浓缩后再用冰水浴的目的是_(请用平衡移动原理解释)(III )上述流程中可循环利用的物质有_；(IV)炼铅和用铅都会使水体因重金属铅的含量增大而造成严重污染水溶液中铅的存在形态主要有Pb2+、Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-。各形态的铅浓度分数与溶液pH 变化的关系如图所示：探究Pb2+的性质：向含Pb2+的溶液中逐滴滴加NaOH，溶液变浑浊，继续滴加NaOH溶液又变澄清；pH13时，溶液中发生的主要反应的离子方程式为_；除去溶液中的Pb2+:科研小组用一种新型试剂可去除水中的痕量铅和其他杂质离子，实验结果记录如下：新型试剂处理后的水中Pb2+浓度转化率为_；若新型试剂(DH)在脱铅过程中主要发生的反应为：2DH(s)+Pb2+D2Pb(s)+2H+，则脱铅时最合适的pH约为_A4B6 C10D12【一氧化铅】又称黄色氧化铅，俗名黄丹或密陀僧。化学式PbO，式量223.19。有多种变体，四方晶体呈黄红色，密度为9.53克/厘米3；斜方正交晶体呈黄色，密度为8.0克/厘米3；无定形者为黄色到红黄色，密度9.29.5克/厘米3。熔点888。难溶于水和乙醇。溶于硝酸、醋酸生成相应的铅盐。溶于热的强碱溶液生成亚铅酸盐。吸收空气中二氧化碳生成碳酸铅。在空气中加热至500可生成四氧化三铅。加热时可被碳、氢气、一氧化碳还原成铅。与甘油混和生成坚硬的物质、可用作粘合剂。用作颜料、涂料油漆的催干剂、冶金助熔剂，还用于制特种铅玻璃、搪瓷、蓄电池电极、橡胶。用空气氧化熔融铅或加热碳酸铅、硝酸铅分解制得。【二氧化铅】又称棕色氧化铅。化学式PbO2，式量239.19，棕色细片粉末。密度9.375克/厘米3，难溶于水和乙醇。将二氧化铅加热，它会逐步转变为铅的低氧化态氧化物并放出氧 二氧化铅系两性氧化物，酸性比碱性强。跟强碱共热生成铅酸盐。有强氧化性。跟硫酸共热生成硫酸铅、氧气和水。跟盐酸共热，生成二氯化铅、氯气和水。跟硫、磷等可燃物混和研磨引起发火。用作分析试剂、氧化剂、媒染剂、蓄电池电极，还用于制火柴、染料等。用熔融的氯酸钾或硝酸盐氧化一氧化铅，或用次氯酸钠氧化亚铅酸盐可制得二氧化铅。【四氧化三铅】俗称红丹或铅丹，红色氧化铅。化学式Pb3O4，式量685.57。橙红色晶体或粉末，密度9.1克/厘米3，不溶于水和醇。四氧化三铅中，有2/3的铅氧化数为+2，1/3的铅氧化数为+4，化学式可写作2PbO·PbO2。根据结构应属于铅酸二价铅盐(Pb2PbO4)。在加热至500以上时分解为一氧化铅和氧气。不溶于水。可溶于热碱溶液中。有氧化性，跟盐酸反应放出氯气；跟硫酸反应放出氧气。可被稀硝酸分解，其中2/3的铅被酸溶解，生成硝酸铅()，其它为不溶的二氧化铅。一氧化铅有碱性，溶于稀硝酸，二氧化铅呈弱碱性，稍溶于酸。有毒。用于制铅玻璃、油漆、蓄电池、陶瓷、搪瓷。还用于制钢铁涂料。将一氧化铅粉末在空气中加热至450500氧化制得。【硝酸铅】化学式Pb(NO3)2，式量331.21。无色单斜或立方晶体。密度4.53克/厘米3。溶于水，微溶于醇。在470时分解为一氧化铅、二氧化氮和氧气。有强氧化性，与有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。有剧毒。用作氧化剂、媒染剂、照像增感剂、分析试剂、制版等。由铅跟硝酸反应制得。【醋酸铅】亦称乙酸铅，俗称铅糖。无色晶体或白色粉末，化学式(CH3COO)2Pb·3H2O，式量379.33，密度2.55克/厘米3。75失去结晶水，无水物是白色粉末，密度3.25克/厘米3，熔点280。味甜，有毒！易溶于水和甘油，微溶于乙醇。具有醋酸气味。在空气中吸收二氧化碳后变为不溶性的碱式碳酸盐。在100时分解出乙酸，在200时完全分解。用作分析试剂、媒染剂、染发剂、医药、生物染色、有机合成，还用于制铬酸铅颜料等。由铅粒跟醋酸反应制得。【硫化铅】化学式PbS，式量239.25，蓝色有金属光泽立方晶体或棕黑色粉末。密度7.5克/厘米3，熔点1114，在860时开始挥发，难溶于水和碱溶液。可溶于硝酸。在空气中灼烧，可生成一氧化铅和二氧化硫。自然界中主要矿石为方铅矿，是炼铅的原料。高纯度的硫化铅用作半导体。将硫化氢通入酸性硝酸铅溶液可制得。【铬酸铅】俗名铬黄，化学式PbCrO4，式量323.18。黄色或橙黄色针状晶体或粉末，密度6.12克/厘米3，熔点844。难溶于水，溶于强碱溶液或硝酸。有毒。加热到熔点以上，缓慢分解放出氧气。用作分析试剂、氧化剂、黄色颜料。由铬酸钾溶液跟硝酸铅溶液反应制得。【铅丹】矿物名，主要成分是Pb3O4，红色粉末状块体。硬度23，密度4.6克/厘米3，常与方铅矿和白铅矿伴生。用于制红色颜料和铅玻璃。通常用的红丹即铅丹，大部分由人工制成。【方铅矿】主要成分为PbS，常含银。等轴晶系，晶体形状多为立方体、有时为八面体。铅灰色，有金属光泽，立方体解理完全，硬度23，性脆，密度7.47.6克/厘米3。炼铅的主要矿石，由于常含银，又是炼银的主要矿石。【锡石】矿物名。化学成分为SnO2，四方晶系，晶体一般为双锥状，双锥柱状，常具膝状双晶，集合体呈不规则颗粒。通常呈棕色至黑褐色，有金刚光泽。硬度6.07.0，密度6.87.0克/厘米3。是炼锡的主要原料。【白铅矿】主要成分是PbCO3。正交晶系，晶形常呈假六方双锥形状，集合体为粒状或致密块状。白色微带浅灰。金刚光泽，硬度3.03.5，密度6.46.6克/厘米3。炼铅用矿石。