鉛循環實驗研究

摘要：從節約藥品、減少污染的角度設計循環實驗研究鉛（Pb）的氧化性、鉛的難溶物的性質，以及鉛的一些重要化合物的性質。

關鍵詞：鉛 循環實驗

中圖分類號：TF812文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0225-01

1 問題的提出

鉛及其化合物是我國日常生活和工農業生產中接觸最多的化學品之一，鉛對人體健康和農作物生長都有嚴重危害，它可以引起人體組織尤其是神經、造血系統中毒，嚴重時還可以致死；它對農作物、微生物也有很大的毒害作用，它能降低生化過程的需氧量，從而阻礙氧的硝化作用。近幾年，隨著現代城市化和工業化對環境的污染，導致居民的體內鉛負荷增高，鉛中毒、血鉛超標成了危害人們健康的最常見的病之一。特別是兒童鉛中毒的發生率增加，嚴重影響了我國青少年的身體健康和智力發育。

在化學教學和研究中有時要進行與鉛有關的實驗。為了研究鉛及其化合物的相關性質，本著節約藥品、避免不必要的浪費、減少實驗過程中產生的廢液對環境的污染的原則，本實驗設計了循環實驗，既滿足了物質性質研究的需要，又體現了環保的理念。

2 鉛的物理和化學性質

鉛，化學符號Pb，原子序數82，原子量207.2，屬周期系ⅣA族。銀白色金屬，但略帶藍色，在空氣中失去光澤，變成暗灰色。熔點327.502℃，沸點1740℃，密度11.3437g/cm3，莫氏硬度1.5，很柔軟，金屬鉛有良好的展性，能壓成薄片，但沒有延性，不能拉成絲。常溫下在干燥的空氣里不會被氧化，在潮濕的空氣中，易與二氧化碳及水反應，在表面形成堿式碳酸鉛薄膜。在加熱時能與氧、硫、鹵素化合，生成相應的化合物。鉛的氧化物主要有3種：氧化鉛（PbO）俗稱密陀僧，有紅色和黃色的兩種變體；二氧化鉛（PbO2）為棕色固體，具有氧化性；四氧化三鉛（Pb3O4）俗稱鉛丹或紅丹，是紅色粉末。氫氧化鉛〔Pb（OH）2〕是兩性氫氧化物，既可溶于酸，又可溶于堿。不與水作用，鉛的氧化態為+2和+4。鉛及其化合物對人體有毒，攝取后主要貯存在骨骼內，部分取代磷酸鈣中的鈣，不易排出。

3 實驗部分

3.1 試劑

Pb3O4（s）、NaHSO3（s）、Na2S2O8（s）、濃HNO3、濃HCl、6mol·L-1HNO3、2mol·L-1NaAc、3mol·L-1H2SO4、0.1mol·L-1KI、1mol·L-1KOH、3%H2O2、蒸餾水、Zn粉、1mol·L-1Na2S、1mol·L-1K2CrO4。

3.2 實驗過程與現象

（1）鉛丹（Pb3O4）的化學組成。

取少量（Pb3O4）（s）放入微型試管中，滴加10滴濃HNO3攪拌。固體由紅色變成黑色，與PbO2比較，顏色一樣，證明固體生成物為PbO2。離心分離，將清液移至1#試管中，并將固體產物洗滌數次后備用（貯于2#試管中）。

取1#試管中液體一半于3#試管，滴加1mol·L-1Na2S溶液至不再產生沉淀，沉淀物為黑色PbS。

由此可證明Pb3O4的化學組成為2PbO·PbO2。

（2）Pb的難溶化合物的生成及性質。

向2#試管中加入5滴濃HCl，棕黑色的PbO2變成白色物質PbCl2，并產生刺激性氣體，用濕潤為KI淀粉試紙檢驗，試紙變藍，說明產生了Cl2。再加入過量2mol·L-1HCl至白色沉淀溶解后，加入幾滴0.1mol·L-1KI溶液產生黃色沉淀（Pbl2），繼續滴加KI溶液，沉淀溶解。向此溶液中加入K2CrO4溶液生成黃色沉淀。

3.3 分析與討論

（1）1#試管中反應為：

Pb3O4與濃HNO3反應：

Pb3O4+4HNO3（濃）=PbO2↓（棕黑）+2Pb（NO3）2+2H2O

Pb（NO3）2與Na2S反應：

Pb（NO3）2+Na2S=PbS↓+2NaNO3 KSP/PbS=3.4×10-28

（2）2#試管中反應為：

PbO2+4HCl（濃）=PbCl2↓+Cl2↑+2H2O

由此反應可知白色物質為PbCl2，刺激性氣體為Cl2，當加入過量HCl時PbCl2溶解：

PbCl2+2HCl=H2[PbCl4]

再加KI溶液時，產生黃色沉淀，因為KSP/PbC12=1.6×10-5 KSP/Pbl2=7.1×10-9。

反應為：[PbCl4]2-+2I-=Pbl2↓+4C1-

當KI過量時：Pbl2+2I-=[Pbl4]2-

向[Pbl4]2-溶液中加K2CrO4溶液時產生黃色沉淀，因為

KSP/PbCrO4=2.8×10-13

所以其反應為：[Pbl4]2-+CrO=PbCrO4↓+4I-

3.4 結論與思考

（1）PbCl2、PbI2和PbCrO4在水溶液中的溶解度依次減少：PbCl2>Pbl2>PbCrO4。（2）由實驗可得出[PbCl4]2-和[PbI4]2-不穩定，易轉變為比PbC1、PbI2離子積更小的不溶物質。

參考文獻

[1] 武漢大學.無機化學[M].3版.北京：高等教育出版社.

[2] 武漢大學.分析化學[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3] 華彤文，陳景祖.普通化學原理[M].北京：北京大學出版社，2005.