Question

1．利用新方案和新工艺处理废旧铅酸蓄电池，可以达到节能减排、防治污染和资源循环利用的目的．一种处理铅酸蓄电池的流程如图1：

已知：K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8）和K_sp（PbCO₃）=7.4×10^-14
（1）写出铅酸蓄电池放电时的总反应Pb+PbO₂+2H₂SO₄ ═2PbSO₄+2H₂O；
（2）废旧电池的预处理时需要将电池放电完全，目的是将电极材料全部转换为PbSO₄；
（3）写出铅膏脱硫时的离子方程式PbSO₄+CO₃^2-=SO₄^2-+PbCO₃．
（4）传统的铅蓄电池的处理工艺是将电池破碎后，洗涤，干燥，直接送入回转炉熔炼．而该工艺使用纯碱脱硫的显著优点是可以减小污染，对环境友好．
（5）已知芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）的溶解度曲线如图2所示，则从Na₂SO₄溶液中结晶出Na₂SO₄晶体的方法是加热结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤晶体．用乙醇不用水洗涤的原因是防止形成Na₂SO₄•10H₂O．
（6）应用电化学原理，将铅膏转化为铅可以非常清洁处理蓄电池．其原理是先用细菌将铅膏转换为PbS，再用氟硼酸铁浸出PbS，化学方程式为：PbS+2Fe[BF₄]₃=Pb[BF₄]₂+2Fe[BF₄]₂+S，最后通过电解浸出液得到金属铅，电解后的溶液可以循环使用，写出电解的总反应方程式Pb[BF₄]₂+2Fe[BF₄]₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Pb+2Fe[BF₄]₃．

Answer 1

分析 处理铅酸蓄电池过程中，为了达到节能减排、防治污染和资源循环利用的目的，废旧电池的预处理时需要将电池放电完全，将电极材料全部转换为PbSO₄，再加入碳酸钠通过沉淀转化为碳酸铅，同时得到产品硫酸钠，
（1）在原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，将正负极电极反应式相加即可得电池反应式；
（2）废旧电池的预处理时需要将电池放电完全，目的是将电极材料全部转换为PbSO₄；
（3）K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8，K_sp（PbCO₃）=7.4×10^-14，碳酸铅更难溶，实现了沉淀的转化；
（4）使用纯碱脱硫的显著优点是可以减小污染，对环境友好；
（5）依据图象的溶解度随温度变化分析判断，得到硫酸钠的适宜条件，注意溶解度的影响；
（6）根据PbS+2Fe[BF₄]₃=Pb[BF₄]₂+2Fe[BF₄]₂+S，可知氟硼酸铁浸出PbS后得到浸出液，浸出液含Pb[BF₄]₂、Fe[BF₄]₂，电解过程中Pb[BF₄]₂得电子发生还原反应生成铅，Fe[BF₄]₂失电子发生氧化反应生成Fe[BF₄]₃．

解答 解：（1）铅蓄电池的负极反应为：Pb+SO₄ ^2--2e^-=PbSO₄，正极反应为：PbO₂+4H⁺+SO₄ ^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，将正负极电极反应式相加即可得电池反应式，所以电池反应式为Pb+PbO₂+2H₂SO₄ ═2PbSO₄+2H₂O，
故答案为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄ ═2PbSO₄+2H₂O；
（2）废旧电池的预处理时需要将电池放电完全，目的是将电极材料全部转换为PbSO₄，
故答案为：将电极材料全部转换为PbSO₄；
（3）K_sp（PbSO₄）=1.6×10^-8，K_sp（PbCO₃）=7.4×10^-14，碳酸铅更难溶，实现了沉淀的转化，铅膏脱硫时的离子方程式：PbSO₄+CO₃^2-=SO₄^2-+PbCO₃，
故答案为：PbSO₄+CO₃^2-=SO₄^2-+PbCO₃；
（4）使用纯碱脱硫的显著优点是可以减小污染，对环境友好，
故答案为：可以减小污染，对环境友好；
（5）图象分析可知温度高时析出硫酸钠，温度低时析出硫酸钠结晶水合物晶体，所以需要趁热过滤；洗涤晶体时用乙醇洗涤避免形成结晶水合物，
故答案为：趁热过滤；防止形成Na₂SO₄•10H₂O；
（6）根据PbS+2Fe[BF₄]₃=Pb[BF₄]₂+2Fe[BF₄]₂+S，可知氟硼酸铁浸出PbS后得到浸出液，浸出液含Pb[BF₄]₂、Fe[BF₄]₂，电解过程中Pb[BF₄]₂得电子发生还原反应生成铅，Fe[BF₄]₂失电子发生氧化反应生成Fe[BF₄]₃，电解总反应为：Pb[BF₄]₂+2Fe[BF₄]₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Pb+2Fe[BF₄]₃，
故答案为：Pb[BF₄]₂+2Fe[BF₄]₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Pb+2Fe[BF₄]₃．

点评 本题以电化学为载体考查物质的分离和提纯的方法和基本操作，是对学生综合能力的考查，需要学生基本扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力．