Question

【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，可以實(shí)現(xiàn)鉛的再生利用。其工藝流程如圖1所示：

已知：Ksp(PbSO4)=1.6×105，Ksp(PbCO3)=3.3×1014。

（1）過(guò)程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反應(yīng)生成PbSO4的化學(xué)方程式是 。

（2）過(guò)程Ⅰ中，F(xiàn)e2+ 催化過(guò)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(shí)驗(yàn)方案可證實(shí)上述催化過(guò)程，將實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整。

a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無(wú)色，再加入少量PbO2，溶液變紅；b． 。

（3）過(guò)程Ⅱ的目的是脫硫。若濾液2中c(SO42)=1.6 molL1，c(CO32)=0.1 molL1，則PbCO3中____ (填“是”或“否”)混有PbSO4。

（4）為測(cè)定粗產(chǎn)品的純度，可用EDTA(簡(jiǎn)寫為Y4)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，反應(yīng)的離子方程式為：Pb2++Y4==PbY2。測(cè)定時(shí)，先稱取0.2500 g粗鉛，溶于足量稀硝酸，以試劑掩蔽少量干擾離子，用0.0500 mol·L1的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液23.00 mL，則粗產(chǎn)品中鉛的含量為 (以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。

（5）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2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(yīng)：PbSO4+3OH=HPbO2+SO42+H2O。

①b與外接電源的 極相連。

②電解過(guò)程中，PbO2、PbO、HPbO2在陰極放電，其中PbO2放電的電極反應(yīng)式為 。

③與傳統(tǒng)無(wú)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 。

Answer 1

【答案】（1）

（2）①2Fe3++Pb+SO42 == PbSO4+2Fe2+ (2分)

②取a中紅色溶液少量，加入足量Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去(2分)

（3）否 (2分)

（4）95.2% (2分)

（5）①負(fù)(1分)

②PbO2+4e+2H2O=Pb+4OH (2分)

③阻止HPbO2進(jìn)入陽(yáng)極室被氧化(2分)

【解析】（1）從工藝流程圖可知，過(guò)程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb、PbO2和H2SO4反應(yīng)生成PbSO4和水，化學(xué)方程式為：。

（2）①催化劑的催化原理是：催化劑參與化學(xué)反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)又得到催化劑，整個(gè)過(guò)程中催化劑本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變。Fe2+為催化劑，被反應(yīng)物之一的PbO2氧化為Fe3+，即發(fā)生反應(yīng)ⅰ，作為中間產(chǎn)物的Fe3+在后續(xù)反應(yīng)中應(yīng)被還原為Fe2+，所以反應(yīng)ⅱ為Pb還原Fe3+的反應(yīng)，氧化產(chǎn)物Pb2+與SO42結(jié)合生成不溶于水的PbSO4，則反應(yīng)ⅱ的離子方程式為2Fe3++Pb+SO42 == PbSO4+2Fe2+ 。

②a實(shí)驗(yàn)證明發(fā)生反應(yīng)i，則b實(shí)驗(yàn)需證明發(fā)生反應(yīng)ii，實(shí)驗(yàn)方案為：a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無(wú)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，加入過(guò)量Pb，把Fe3+還原為Fe2+，使化學(xué)平衡Fe3++3SCNFe(SCN)3逆向移動(dòng)，紅色褪去。故答案為：取a中紅色溶液少量，加入足量Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去。

（3）已知Ksp(PbCO3)=3.3×1014，因有PbCO3沉淀生成，則濾液2為PbCO3的飽和溶液，又因c(CO32)=0.1 molL1，則c(Pb2+)=；又若c(SO42)=1.6 molL1，則c(Pb2+)×c(SO42)=3.3×1013×1.6=5.28×1013＜Ksp(PbSO4)= 1.6×105，說(shuō)明PbSO4在濾液2中未飽和，即PbCO3中沒(méi)有混入PbSO4。

（4）從反應(yīng)的離子方程式可知，Pb與EDTA以等物質(zhì)的量反應(yīng)，故粗產(chǎn)品中金屬鉛的百分含量為：。

（5）①根據(jù)鈉離子向陰極移動(dòng)知，b為陰極，則b 電極與電源負(fù)極相連。

②電解過(guò)程中，PbO2在陰極得電子生成金屬Pb，電極反應(yīng)式為：PbO2+4e+2H2O=Pb+4OH。

③鈉離子交換膜只允許鈉離子通過(guò)，阻止HPbO2進(jìn)入陽(yáng)極室被氧化，從而提高Pb元素的利用率。