Question

硫酸鉛廣泛應用于制造蓄電池。利用鋅冶煉過程中的鉛浮渣生產硫酸鉛的流程如下：

已知鉛浮渣的主要成分是PbO、Pb，還含有少量Ag、Zn、CaO和其他不溶于硝酸的雜質。25℃時，K_sp(CaSO₄)＝4.9×10^－5，K_sp(PbSO₄)＝1.6×10^－8。
（1）已知步驟Ⅰ有NO產生，浸出液中含量最多的陽離子是Pb²⁺。分別寫出PbO、Pb參加反應的離子方程式                             、                                  。
（2）步驟Ⅰ需控制硝酸的用量并使Pb稍有剩余，目的是                               。
（3）母液可循環利用于步驟Ⅰ，其溶質主要是            (填一種物質化學式)，若母液中殘留的SO₄^2－過多，循環利用時可能出現的問題是                                    。
（4）產品PbSO₄還需用Pb(NO₃)₂溶液多次洗滌，目的是除去                              。
（5）鉛蓄電池的電解液是硫酸，充電后兩個電極上沉積的PbSO₄分別轉化為PbO₂和Pb，充電時陰極的電極反應式為                                           。

Answer 1

（1）PbO＋2H⁺＝Pb²⁺＋H₂O （2分）；
3Pb＋8H⁺+2NO₃^-＝3Pb²⁺＋2NO↑＋4H₂O （2分）
（2）防止Ag被溶解進入溶液（或使Ag留在浸出渣中）（2分）
（3）HNO₃（2分）；浸出時部分鉛離子生成PbSO₄隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率（2分）
（4）CaSO₄雜質（2分）
（5）PbSO₄＋2e－＝Pb＋SO₄^2－ （3分）

試題分析：（1）PbO與硝酸發生非氧化還原反應，離子方程式為PbO＋2H⁺＝Pb²⁺＋H₂O；Pb與硝酸發生氧化還原反應，有NO氣體放出，離子方程式為3Pb＋8H⁺+2NO₃^-＝3Pb²⁺＋2NO↑＋4H₂O ；
（2）Pb的活潑性比Ag強，Ag也可與硝酸反應，所以使Pb稍有剩余目的是防止Ag被溶解進入溶液（或使Ag留在浸出渣中）；
（3）硫酸鉛不溶于硝酸，所以硝酸鉛與硫酸發生復分解反應，生成硫酸鉛和硝酸，因此母液的主要溶質是HNO₃；若母液中殘留的SO₄^2－過多，則在步驟Ⅰ中就有硫酸鉛沉淀生成，隨浸出渣排出，降低PbSO₄的產率；
（4）浸出液中除含硝酸鉛外還有硝酸鈣，與硫酸反應有微溶的硫酸鈣生成，所以洗滌的目的是除去CaSO₄雜質；
（5）充電時鉛蓄電池相當于電解池，陰極是硫酸鉛發生還原反應生成Pb單質，電極反應式為PbSO₄＋2e－＝Pb＋SO₄^2－ 。