【題目】以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)為原料,制備粗鉛,實現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下圖所示:

已知:Ksp(PbSO4)=1.6×10-5,Ksp(PbCO3)=3.3×10-14.

(1)過程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反應生成PbSO4的化學方程式是__________。

(2)過程Ⅰ中,F(xiàn)e2+催化過程可表示為:

i:2Fe2++ PbO2+4H++SO42-2Fe3++PbSO4+2H2O

ii: ……

①寫出ii的離子方程式:________________。

②下列實驗方案可證實上述催化過程。將實驗方案補充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液幾乎無色,再加入少量PbO2,溶液變紅。

b.___________

(3)過程Ⅱ的目的是脫硫。若濾液2中c(SO42-)=1.6mol/L,c(CO32-)=0.1mol/L,則PbCO3____(填“是”或“否”)混有PbSO4

(4)鈉離子交換膜固相電解法是從含鉛廢料中提取鉛的一種新工藝,其裝置如圖所示。將含鉛廢料投入陰極室,含鉛廢料中的PbSO4與NaOH溶液發(fā) 生反應:PbSO4+3OH-=HPbO2-+SO42-+H2O。

①a與外接電源的________極相連。

②電解過程中,PbO2、PbO、HPbO2-在陰極放電,其中PbO2放電的電極反應式為___________。

③與傳統(tǒng)無膜固相電解法相比,使用鈉離子交換膜可以 提高Pb元素的利用率,原因是________。

【答案】 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 2Fe3++Pb+ SO42-= PbSO4+2Fe2+ 取a中紅色溶液少量,加入足量Pb,充分反應后,紅色退去。 PbO2 + 4e+ 2H2O = Pb + 4OH 阻止HPbO2進入陽極室被氧化

【解析】(1)根據(jù)題給化學工藝流程知,過程中,在催化下,Pb、PbO2和H2SO4反應生成PbSO4和水,化學方程式為:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;

(2)催化劑通過參加反應,改變反應歷程,降低反應的活化能,加快化學反應速率,而本身的質(zhì)量和化學性質(zhì)反應前后保持不變.根據(jù)題給信息知反應i中Fe2+被PbO2氧化為Fe3+,則反應ii中Fe3+被Pb還原為Fe2+,離子方程式為:2Fe3++Pb+SO42-═PbSO4+2Fe2+;
a實驗證明發(fā)生反應i,則b實驗需證明發(fā)生反應ii,實驗方案為:a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液幾乎無色,再加入少量PbO2,溶液變紅,亞鐵離子被氧化為鐵離子;b.取a中紅色溶液少量,溶液中存在平衡,F(xiàn)e3++3SCN-=Fe(SCN)3,加入過量Pb,和平衡狀態(tài)下鐵離子反應生成亞鐵離子,平衡逆向進行充分反應后,紅色褪去;
(3)因為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),說明PbSO4在母液中未飽和,即PbCO3中不混有PbSO4

(4)根據(jù)鈉離子向陰極移動知,a為陰極,與電源負極相連;

電解過程中,PbO2在陰極得電子,電極反應式為PbO2+4e-+2H2O=Pb+4OH-;

鈉離子交換膜只允許鈉離子通過,阻止HPbO2-進入陽極室被氧化,從而提高Pb元素的利用率。

練習冊系列答案
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④非金屬性O>N,故O2與H2化合比N2更容易

A.②③ B.③④

C.①④ D.①②

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