Question

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：K_sp(PbSO₄)=1.6×10^-5，K_sp(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：

 ．

写出ii的离子方程式：______．

下列实验方案可证实上述催化过程．将实验方案补充完整．

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．

______．

（3）过程Ⅱ的目的是脱硫．若滤液2中c(SO₄^2-)=1.6mol•L^-1，c(CO₃^2-)=0.1mol•L^-1，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：

与外接电源的______极相连．

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______．

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

4 取a中红色溶液少量，加入足量Pb，充分反应后，红色褪去 否 负 阻止HPbO2-进入阳极室被氧化

【解析】

（1）在催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水，据此书写反应方程式；

（2）①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；

②加入过量的Pb平衡逆向进行充分反应后，红色褪去；

（3）根据Ksp(PbCO3)=3.3×10-14和c(CO32-)=0.1mol•L-1计算出c(Pb2+)利用浓度积Qc和Ksp(PbSO4)之间的大小关系确定PbCO3中是否混有PbSO4；

（4）①根据钠离子的移动方向确定阴阳极；

②电解过程中，PbO2在阴极得电子，发生还原反应；

③钠离子交换膜只允许钠离子通过。

（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：；

（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：；

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：

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，

取a中红色溶液少量，溶液中存在平衡，，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(PbCO3)=3.3×10-14和c(CO32-)=0.1mol•L-1，可知c(Pb2+)==mol/L=3.3×10-13 mol/L ， 因此Qc= 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，b为阴极，与电源负极相连；

②电解过程中，PbO2在阴极得电子，发生还原反应，电极反应式为；

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；