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(shí)現(xiàn)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(guò)程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反應(yīng)生成PbSO4的化學(xué)方程式是__________。

（2）過(guò)程Ⅰ中，F(xiàn)e2+催化過(guò)程可表示為：

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

ii: ……

①寫(xiě)出ii的離子方程式：________________。

②下列實(shí)驗(yàn)方案可證實(shí)上述催化過(guò)程。將實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整。

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

b.___________。

（3）過(guò)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(fā) 生反應(yīng):PbSO4+3OH-=HPbO2-+SO42-+H2O。

①a與外接電源的________極相連。

②電解過(guò)程中，PbO2、PbO、HPbO2-在陰極放電，其中PbO2放電的電極反應(yīng)式為___________。

③與傳統(tǒng)無(wú)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】 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 2Fe3++Pb+ SO42－= PbSO4+2Fe2+ 取a中紅色溶液少量，加入足量Pb，充分反應(yīng)后，紅色退去。 否 負(fù) PbO2 + 4e－ + 2H2O = Pb + 4OH－ 阻止HPbO2－進(jìn)入陽(yáng)極室被氧化

【解析】（1）根據(jù)題給化學(xué)工藝流程知，過(guò)程Ⅰ中，在催化下，Pb、PbO2和H2SO4反應(yīng)生成PbSO4和水，化學(xué)方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O；

（2）①催化劑通過(guò)參加反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)前后保持不變．根據(jù)題給信息知反應(yīng)i中Fe2+被PbO2氧化為Fe3+，則反應(yīng)ii中Fe3+被Pb還原為Fe2+，離子方程式為：2Fe3++Pb+SO42-═PbSO4+2Fe2+；
②a實(shí)驗(yàn)證明發(fā)生反應(yīng)i，則b實(shí)驗(yàn)需證明發(fā)生反應(yīng)ii，實(shí)驗(yàn)方案為：a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無(wú)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，F(xiàn)e3++3SCN-=Fe（SCN）3，加入過(guò)量Pb，和平衡狀態(tài)下鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，平衡逆向進(jìn)行充分反應(yīng)后，紅色褪去；
（3）因?yàn)镵sp（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(shuō)明PbSO4在母液中未飽和，即PbCO3中不混有PbSO4；

（4）①根據(jù)鈉離子向陰極移動(dòng)知，a為陰極，與電源負(fù)極相連；

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

③鈉離子交換膜只允許鈉離子通過(guò)，阻止HPbO2-進(jìn)入陽(yáng)極室被氧化，從而提高Pb元素的利用率。