Question

【题目】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，可以实现铅的再生利用。其工艺流程如图1所示：

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

（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：

ⅰ．2Fe2++PbO2+4H++SO42==2Fe3++PbSO4+2H2O

ⅱ．……

①写出ⅱ的离子方程式 。

②下列实验方案可证实上述催化过程，将实验方案补充完整。

a．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；b． 。

（3）过程Ⅱ的目的是脱硫。若滤液2中c(SO42)=1.6 molL1，c(CO32)=0.1 molL1，则PbCO3中____ (填“是”或“否”)混有PbSO4。

（4）为测定粗产品的纯度，可用EDTA(简写为Y4)标准溶液滴定，反应的离子方程式为：Pb2++Y4==PbY2。测定时，先称取0.2500 g粗铅，溶于足量稀硝酸，以试剂掩蔽少量干扰离子，用0.0500 mol·L1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液23.00 mL，则粗产品中铅的含量为 (以质量分数表示)。

（5）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：PbSO4+3OH=HPbO2+SO42+H2O。

①b与外接电源的 极相连。

②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 。

③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 1

【答案】（1）

（2）①2Fe3++Pb+SO42 == PbSO4+2Fe2+ (2分)

②取a中红色溶液少量，加入足量Pb，充分反应后，红色褪去(2分)

（3）否 (2分)

（4）95.2% (2分)

（5）①负(1分)

②PbO2+4e+2H2O=Pb+4OH (2分)

③阻止HPbO2进入阳极室被氧化(2分)

【解析】（1）从工艺流程图可知，过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水，化学方程式为：。

（2）①催化剂的催化原理是：催化剂参与化学反应生成中间产物，中间产物继续反应又得到催化剂，整个过程中催化剂本身的质量和化学性质在反应前后保持不变。Fe2+为催化剂，被反应物之一的PbO2氧化为Fe3+，即发生反应ⅰ，作为中间产物的Fe3+在后续反应中应被还原为Fe2+，所以反应ⅱ为Pb还原Fe3+的反应，氧化产物Pb2+与SO42结合生成不溶于水的PbSO4，则反应ⅱ的离子方程式为2Fe3++Pb+SO42 == PbSO4+2Fe2+ 。

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：a．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；b．取a中红色溶液少量，加入过量Pb，把Fe3+还原为Fe2+，使化学平衡Fe3++3SCNFe(SCN)3逆向移动，红色褪去。故答案为：取a中红色溶液少量，加入足量Pb，充分反应后，红色褪去。

（3）已知Ksp(PbCO3)=3.3×1014，因有PbCO3沉淀生成，则滤液2为PbCO3的饱和溶液，又因c(CO32)=0.1 molL1，则c(Pb2+)=；又若c(SO42)=1.6 molL1，则c(Pb2+)×c(SO42)=3.3×1013×1.6=5.28×1013＜Ksp(PbSO4)= 1.6×105，说明PbSO4在滤液2中未饱和，即PbCO3中没有混入PbSO4。

（4）从反应的离子方程式可知，Pb与EDTA以等物质的量反应，故粗产品中金属铅的百分含量为：。

（5）①根据钠离子向阴极移动知，b为阴极，则b 电极与电源负极相连。

②电解过程中，PbO2在阴极得电子生成金属Pb，电极反应式为：PbO2+4e+2H2O=Pb+4OH。

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。