Question

13．以含铅废料（主要含Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄）和稀H₂SO₄为原料制备高纯Pb、PbO等，实现铅的再生利用．其主要流程如图1：

（1）“酸溶”时，在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反应生成PbSO₄，生成1mol PbSO₄，转移电子的物质的量是1mol．Fe²⁺催化过程可表示为：
①2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O
②2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2Fe²⁺．（用离子方程式表示反应②）
（2）写出脱硫过程发生主要反应的化学方程式：PbSO₄+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbO+Na₂SO₄+H₂O．
（3）已知：①PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）═NaHPbO₂（aq），其溶解度曲线如图2所示．
②粗品PbO中所含杂质不溶于NaOH溶液．结合上述信息，完成由粗品PbO得到高纯PbO的操作：将粗品PbO溶解在一定量35%（填“35%”或“10%”）的NaOH溶液中，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤（填“趁热过滤”或“蒸发浓缩”），将滤液冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到高纯PbO固体．
（4）将PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中，得到含Na₂PbC1₄的电解液，电解Na₂PbC1₄溶液，生成Pb，如图3所示．
①阴极的电极反应式是PbCl₄^2-+2e^-=Pb+4Cl^-．
②电解一段时间后，Na₂PbC1₄浓度极大下降，为了恢复其浓度且实现物质的循环利用，阴极区采取的方法是继续向阴极区加PbO粗品．

Answer 1

分析 以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄及炭黑等）和H₂SO₄为原料，制备高纯PbO，含铅废料加入硫酸亚铁、稀硫酸加热反应过滤得到PbSO₄粗品，加入10%的氢氧化钠溶液加热反应，冷却过滤得到PbO粗品，粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液，冷却结晶、过滤得PbO．
（1）在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反应生成PbSO₄，反应为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2PbSO₄+2H₂O，生成2molPbSO₄转移电子2mol，Fe²⁺作催化剂，故①2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O，②应为Pb将Fe³⁺还原为Fe²⁺，据此书写；
（2）脱硫过程为向含有PbSO₄的溶液中滴加NaOH溶液，生成PbO，可结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒写出此反应的方程式；
（3）脱硫过程中发生的反应为PbSO₄+2NaOH=PbO+Na₂SO₄+H₂O，而滤液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡PbO（s）+NaOH（aq）?NaHPbO₂（aq）逆向移动，结合溶解度曲线特点可知浓度高的NaOH溶液和较高的温度，PbO的溶解度高，据此分析；
（4）①阴极发生还原反应；
②阴极电解一段时间后溶液为HC1和NaC1的混合溶液，根据题意“将PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中，得到含Na₂PbC1₄的电解液”可知后加入PbO．

解答 解：（1）在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反应生成PbSO₄，反应为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2PbSO₄+2H₂O，生成2molPbSO₄转移电子2mol，故生成1mol PbSO₄，转移电子的物质的量是1mol；Fe²⁺作催化剂，故①2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O，②应为Pb将Fe³⁺还原为Fe²⁺，反应为：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2Fe²⁺；
故答案为：1；2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2Fe²⁺；
（2）脱硫过程中滴加NaOH溶液，生成PbO，发生主要反应的方程式是：PbSO₄+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbO+Na₂SO₄+H₂O；
故答案为：PbSO₄+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbO+Na₂SO₄+H₂O；
（3）根据PbO的溶解度曲线，提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在NaOH溶液中，结合溶解度曲线特点可知浓度高的NaOH溶液和较高的温度，PbO的溶解度高，因此加热至较高温度，充分溶解，然后再高温下趁热过滤除去杂质，将滤液冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到高纯PbO固体；
故答案为：35%； 趁热过滤；
（4）①阴极发生还原反应，根据题意电解Na₂PbC1₄溶液，生成Pb，Pb发生还原反应，故阴极反应为：PbCl₄^2-+2e^-=Pb+4Cl^-；
故答案为：PbCl₄^2-+2e^-=Pb+4Cl^-；
②阴极电解一段时间后溶液为HC1和NaC1的混合溶液，根据题意“将PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中，得到含Na₂PbC1₄的电解液”继续向阴极区加PbO粗品可恢复其浓度且实现物质的循环利用；
故答案为：继续向阴极区加PbO粗品．

点评 本题考查了化学工艺流程分析、实验原理分析、离子方程式书写、化学实验方案的设计、物质分离提纯、平衡一点原理的应用，涉及实验的基本操作，属综合考查，题目难度中等．