Question

硫酸铅广泛应用于制造蓄电池。利用锌冶炼过程中的铅浮渣生产硫酸铅的流程如下：

已知铅浮渣的主要成分是PbO、Pb，还含有少量Ag、Zn、CaO和其他不溶于硝酸的杂质。25℃时，K_sp(CaSO₄)＝4.9×10^－5，K_sp(PbSO₄)＝1.6×10^－8。
（1）已知步骤Ⅰ有NO产生，浸出液中含量最多的阳离子是Pb²⁺。分别写出PbO、Pb参加反应的离子方程式                             、                                  。
（2）步骤Ⅰ需控制硝酸的用量并使Pb稍有剩余，目的是                               。
（3）母液可循环利用于步骤Ⅰ，其溶质主要是            (填一种物质化学式)，若母液中残留的SO₄^2－过多，循环利用时可能出现的问题是                                    。
（4）产品PbSO₄还需用Pb(NO₃)₂溶液多次洗涤，目的是除去                              。
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为                                           。

Answer 1

（1）PbO＋2H⁺＝Pb²⁺＋H₂O （2分）；
3Pb＋8H⁺+2NO₃^-＝3Pb²⁺＋2NO↑＋4H₂O （2分）
（2）防止Ag被溶解进入溶液（或使Ag留在浸出渣中）（2分）
（3）HNO₃（2分）；浸出时部分铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率（2分）
（4）CaSO₄杂质（2分）
（5）PbSO₄＋2e－＝Pb＋SO₄^2－ （3分）

试题分析：（1）PbO与硝酸发生非氧化还原反应，离子方程式为PbO＋2H⁺＝Pb²⁺＋H₂O；Pb与硝酸发生氧化还原反应，有NO气体放出，离子方程式为3Pb＋8H⁺+2NO₃^-＝3Pb²⁺＋2NO↑＋4H₂O ；
（2）Pb的活泼性比Ag强，Ag也可与硝酸反应，所以使Pb稍有剩余目的是防止Ag被溶解进入溶液（或使Ag留在浸出渣中）；
（3）硫酸铅不溶于硝酸，所以硝酸铅与硫酸发生复分解反应，生成硫酸铅和硝酸，因此母液的主要溶质是HNO₃；若母液中残留的SO₄^2－过多，则在步骤Ⅰ中就有硫酸铅沉淀生成，随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率；
（4）浸出液中除含硝酸铅外还有硝酸钙，与硫酸反应有微溶的硫酸钙生成，所以洗涤的目的是除去CaSO₄杂质；
（5）充电时铅蓄电池相当于电解池，阴极是硫酸铅发生还原反应生成Pb单质，电极反应式为PbSO₄＋2e－＝Pb＋SO₄^2－ 。