题目内容
【题目】以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)为原料,制备粗铅,实现铅的再生利用。其工作流程如下图所示:
已知:Ksp(PbSO4)=1.6×10-5,Ksp(PbCO3)=3.3×10-14.
(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。
(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:
i:2Fe2++ PbO2+4H++SO42-2Fe3++PbSO4+2H2O
ii: ……
①写出ii的离子方程式:________________。
②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。
a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。
b.___________。
(3)过程Ⅱ的目的是脱硫。若滤液2中c(SO42-)=1.6mol/L,c(CO32-)=0.1mol/L,则PbCO3中____(填“是”或“否”)混有PbSO4。
(4)钠离子交换膜固相电解法是从含铅废料中提取铅的一种新工艺,其装置如图所示。将含铅废料投入阴极室,含铅废料中的PbSO4与NaOH溶液发 生反应:PbSO4 + 3OH- = HPbO2-+ SO42- +H2O。
①a与外接电源的________极相连。
②电解过程中,PbO2、PbO、HPbO2-在阴极放电,其中PbO2放电的电极反应式为___________。
③与传统无膜固相电解法相比,使用钠离子交换膜可以 提高Pb元素的利用率,原因是________。
【答案】 (1) Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O (2)①2Fe3++Pb+ SO42-= PbSO4+2Fe2+ ②取a中红色溶液少量,加入足量Pb,充分反应后,红色退去。 (3) 否 (4)①负 ②PbO2 + 4e- + 2H2O = Pb + 4OH- ③ 阻止HPbO2-进入阳极室被氧化
【解析】(1)根据题给化学工艺流程知,过程Ⅰ中,在催化下,Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水,化学方程式为:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;
(2)①催化剂通过参加反应,改变反应历程,降低反应的活化能,加快化学反应速率,而本身的质量和化学性质反应前后保持不变.根据题给信息知反应i中Fe2+被PbO2氧化为Fe3+,则反应ii中Fe3+被Pb还原为Fe2+,离子方程式为:2Fe3++Pb+SO42-═PbSO4+2Fe2+;
②a实验证明发生反应i,则b实验需证明发生反应ii,实验方案为:a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红,亚铁离子被氧化为铁离子;b.取a中红色溶液少量,溶液中存在平衡,Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3,加入过量Pb,和平衡状态下铁离子反应生成亚铁离子,平衡逆向进行充分反应后,红色褪去;
(3)因为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),说明PbSO4在母液中未饱和,即PbCO3中不混有PbSO4;
(4)①根据钠离子向阴极移动知,a为阴极,与电源负极相连;
②电解过程中,PbO2在阴极得电子,电极反应式为PbO2+4e-+2H2O=Pb+4OH-;
③钠离子交换膜只允许钠离子通过,阻止HPbO2-进入阳极室被氧化,从而提高Pb元素的利用率。