Question

【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________。

Answer 1

【答案】 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 2Fe3++Pb+ SO42－= PbSO4+2Fe2+ 取a中红色溶液少量，加入足量Pb，充分反应后，红色退去。 否 负 PbO2 + 4e－ + 2H2O = Pb + 4OH－ 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。