Question

【題目】以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）為原料，制備粗鉛，實現鉛的再生利用。其工作流程如下圖所示：

已知：Ksp(PbSO4)=1.6×10-5,Ksp(PbCO3)=3.3×10-14.

（1）過程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反應生成PbSO4的化學方程式是__________。

（2）過程Ⅰ中，Fe2+催化過程可表示為：

i：2Fe2++ PbO2+4H++SO42-2Fe3++PbSO4+2H2O

ii: ……

①寫出ii的離子方程式：________________。

②下列實驗方案可證實上述催化過程。將實驗方案補充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量PbO2，溶液變紅。

b.___________。

（3）過程Ⅱ的目的是脫硫。若濾液2中c(SO42-)=1.6mol/L,c(CO32-)=0.1mol/L,則PbCO3中____（填“是”或“否”）混有PbSO4。

（4）鈉離子交換膜固相電解法是從含鉛廢料中提取鉛的一種新工藝，其裝置如圖所示。將含鉛廢料投入陰極室，含鉛廢料中的PbSO4與NaOH溶液發 生反應:PbSO4 + 3OH- = HPbO2-+ SO42- +H2O。

①a與外接電源的________極相連。

②電解過程中，PbO2、PbO、HPbO2-在陰極放電，其中PbO2放電的電極反應式為___________。

③與傳統無膜固相電解法相比，使用鈉離子交換膜可以 提高Pb元素的利用率，原因是________。

Answer 1

【答案】 （1） Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O （2）①2Fe3++Pb+ SO42－= PbSO4+2Fe2+ ②取a中紅色溶液少量，加入足量Pb，充分反應后，紅色退去。 （3） 否 （4）①負 ②PbO2 + 4e－ + 2H2O = Pb + 4OH－ ③ 阻止HPbO2－進入陽極室被氧化

【解析】（1）根據題給化學工藝流程知，過程Ⅰ中，在催化下，Pb、PbO2和H2SO4反應生成PbSO4和水，化學方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O；

（2）①催化劑通過參加反應，改變反應歷程，降低反應的活化能，加快化學反應速率，而本身的質量和化學性質反應前后保持不變．根據題給信息知反應i中Fe2+被PbO2氧化為Fe3+，則反應ii中Fe3+被Pb還原為Fe2+，離子方程式為：2Fe3++Pb+SO42-═PbSO4+2Fe2+；

②a實驗證明發生反應i，則b實驗需證明發生反應ii，實驗方案為：a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量PbO2，溶液變紅，亞鐵離子被氧化為鐵離子；b．取a中紅色溶液少量，溶液中存在平衡，Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3，加入過量Pb，和平衡狀態下鐵離子反應生成亞鐵離子，平衡逆向進行充分反應后，紅色褪去；

（3）因為Ksp（PbSO4）=1.6×10-5，Ksp （PbCO3）=3.3×10-14，c（SO42-）=1.6molL-1，c（CO32-）=0.1molL-1，PbCO3中：c（Pb2+）==3.3×10-13，；PbSO4中：Q=c（Pb2+）×c（SO42-）=3.3×10-13×1.6=5.28×10-13＜Ksp（PbSO4），說明PbSO4在母液中未飽和，即PbCO3中不混有PbSO4；

（4）①根據鈉離子向陰極移動知，a為陰極，與電源負極相連；

②電解過程中，PbO2在陰極得電子，電極反應式為PbO2+4e-+2H2O=Pb+4OH-；

③鈉離子交換膜只允許鈉離子通過，阻止HPbO2-進入陽極室被氧化，從而提高Pb元素的利用率。