Question

废铅蓄电池的回收中产生大量的铅膏，回收利用铅膏能有效减少铅污染，充分利用铅资源。

(1)铅膏制备PbO。铅膏经过预处理后（主要成分为PbSO₄）加入Na₂CO₃溶液，使之转化为PbCO₃，然后充分灼烧得到PbO。

①PbCO₃分解产生aPbCO₃•bPbO中间产物。PbCO₃和PbSO₄加热升温过程中固体的质量变化见图1。PbCO₃在300 ℃时分解的产物为_____________。

②工业上用PbCO₃热分解制备的PbO而不直接热分解PbSO₄制备的PbO的原因是_____________。

(2)沉淀除铅。铅膏经过转化后得到含铅的Na₂SO₄废液，需要进一步除去废水中的铅。

①常温下，该废液中浓度为0.01 mol·L⁻¹，则该废液中Pb²⁺浓度最大为_____________。[Ksp(PbSO₄)＝1.8×10⁻⁸]

②随温度升高和浓度增大废液中Pb²⁺浓度显著增大，所以工业通常采用向废液中加入Na₂CO₃、NaHCO₃或NaOH等碱性沉淀剂产生Pb(OH)₂沉淀除铅。废液随着pH的变化生成Pb(OH)₂的质量如图2。向含铅废液中投放NaHCO₃发生的离子方程式为_____________。在实际生产中采用NaHCO₃或Na₂CO₃沉铅，不采用NaOH的原因是_____________。

(3)电化学除铅。利用脉冲电源（间歇性通入电流）电解法转化废液中的Pb²⁺实现铅资源化利用，可以提高除铅效率（除铅效率与Pb²⁺浓度有关），其原理示意图3。

①写出阳极的电极反应式：__________。

②采用脉冲电解比普通电源电解的优点是__________。

Answer

PbCO3•PbO 因为PbSO4分解温度高，消耗能量多，产生硫的氧化物，污染大 1.8×10-6mol/L Pb2++2HCO3-=Pb(OH)2↓+2CO2↑ NaOH的碱性强，容易与Pb(OH)2反应而使其溶解，而使用NaHCO3或Na2CO3溶液，碱性弱，容易控制pH，从而最大限度的使铅沉淀。 4OH--4e-=O2↑+2H2O 可以让阴、阳离子充分的移动到阳极和阴极附近，电极区相关离子浓度更大，有利于电解。

【解析】

由图1，根据固体质量的变化值，可求出分解产物；由图1，根据PbCO3和PbSO4分解完全，温度不同，产物不同来解答；根据Ksp可计算Pb2+浓度；根据图2，可判断采用NaHCO3或Na2CO3沉铅，不采用NaOH的理由；根据图3可判断电解池的阴阳极，据此解答。

(1)①如图所示，m(PbCO3)=801g，300℃时剩余固体质量m=735g，△m=801g-735g=66g，根据(a+b)PbCO3aPbCO3•bPbO+bCO2，得出，267(a+b)×66=801×44b，解之，a=b，化学方程式为2PbCO3PbCO3•PbO+CO2，产物为PbCO3•PbO；答案为PbCO3•PbO。

②由图1可知，PbCO3分解完全只需500℃，产物为PbO和CO2，PbSO4分解完全需要1200℃，且产生硫的氧化物，因而PbSO4分解温度高，消耗能量多，产生硫的氧化物，污染大；答案为因为PbSO4分解温度高，消耗能量多，产生硫的氧化物，污染大。

（2）①因为Ksp(PbSO4)=1.8×10-8，Ksp(PbSO4)=c(Pb2+)×c(SO42-)，已知c(SO42-)=0.01mol/L，则c(Pb2+)== =1.8×10-6mol/L；答案为1.8×10-6mol/L。

②向含铅废液中投放NaHCO3，则HCO3-与Pb2+反应，生成Pb(OH)2沉淀，根据原子守恒，可判断还有CO2产生，则离子方程式为Pb2++2HCO3-=Pb(OH)2↓+2CO2↑，由图2可知，pH=10时，Pb(OH)2沉淀量最大，如果使用NaOH，它的碱性强，容易超过pH=10，而使Pb(OH)2溶解，使用NaHCO3或Na2CO3溶液，碱性弱，容易控制pH，从而最大限度地使铅沉淀；答案为Pb2++2HCO3-=Pb(OH)2↓+2CO2↑，NaOH的碱性强，容易与Pb(OH)2反应而使其溶解，而使用NaHCO3或Na2CO3溶液，碱性弱，容易控制pH，从而最大限度地使铅沉淀。

（3）①根据图3，是一个电解池，阳极应该是石墨，如果是铜，会牺牲阳极，阳极区电解液是NaNO3，根据OH-的放电能力大于NO3-，所以阳极的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，答案为4OH--4e-=O2↑+2H2O。

②因为在电解过程中，离子浓度会迅速降低，采用脉冲电解，在断电间隙时间内，可以让阴、阳离子充分的移动到阳极和阴极附近，离子浓度又会得到迅速恢复和补充，电极区相关离子浓度更大，有利于电解；答案为可以让阴、阳离子充分的移动到阳极和阴极附近，电极区相关离子浓度更大，有利于电解。