题目内容

6．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．其工作流程如图1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Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O．
（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：2Fe3++Pb+SO42-═PbSO4+2Fe2+．
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．取a中红色溶液少量，加入足量Pb，充分反应后，红色退去．
（3）过程Ⅱ的目的是脱硫．若滤液2中c（SO42-）=1.6mol•L-1，c（CO32-）=0.1mol•L-1，则PbCO3中否（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2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．
①b与外接电源的负极相连．
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PbO2+4e-+2H2O=Pb+4OH-．
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，原因是阻止HPbO2-进入阳极室被氧化．

分析 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，含铅废料加入硫酸亚铁、稀硫酸加热反应过滤得到PbSO4粗品，加入碳酸钠溶液过滤得到PbCO3粗品，向其中加入焦炭在850℃生成铅，
（1）（1）根据题给化学工艺流程知，过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水；
（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+，据此书写离子方程式；
②a实验证明发生反应i，则b实验需证明发生反应ii，实验方案为取a中红色溶液少量，加入过量Pb，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-）=1.6mol•L-1，c（CO32-）=0.1mol•L-1，PbCO3中：c（Pb2+）=$\frac{KsP（PbC{O}_{3}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{3.3×1{0}^{-14}}{0.1}$=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．

解答 解：（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；
故答案为：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+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+，
故答案为：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，
故答案为：取a中红色溶液少量，加入足量Pb，充分反应后，红色退去；
（3）因为Ksp（PbSO4）=1.6×10-5，Ksp （PbCO3）=3.3×10-14，c（SO42-）=1.6mol•L-1，c（CO32-）=0.1mol•L-1，PbCO3中：c（Pb2+）=$\frac{KsP（PbC{O}_{3}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{3.3×1{0}^{-14}}{0.1}$=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；
故答案为：否；
（4）①根据钠离子向阴极移动知，a为阴极，与电源负极相连；
故答案为：负；
②电解过程中，PbO2在阴极得电子，电极反应式为PbO2+4e-+2H2O=Pb+4OH-；
故答案为：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；
故答案为：阻止HPbO2-进入阳极室被氧化．

点评 本题考查未知反应书写、溶度积、电化学及基础实验问题，是高考常见题型，向考生展示运用化学知识解决生产生活中的实际问题，题目难度较大．

练习册系列答案
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（2）0.1mol•L NaNO2溶液与0.1mol•L CH3COONa溶液pH大小关系为：
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