Question

20．以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄及炭黑等）和H₂SO₄為原料，制備高純PbO，實(shí)現(xiàn)鉛的再生利用．其工作流程如下：

（1）過程Ⅰ中，在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反應(yīng)生成PbSO₄的化學(xué)方程式是Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．
（2）過程Ⅰ中，F(xiàn)e²⁺催化過程可表示為：
i：2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O
ii：…
①寫出ii的離子方程式：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-═PbSO₄+2Fe²⁺．
②下列實(shí)驗(yàn)方案可證實(shí)上述催化過程．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，溶液幾乎無色，再加入少量PbO₂，溶液變紅．
b．取a中紅色溶液少量，加入過量Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去．
（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）?NaHPbO₂（aq），其溶解度曲線如圖所示．
①過程Ⅱ的目的是脫硫．濾液1經(jīng)處理后可在過程Ⅱ中重復(fù)使用，其目的是AB（選填序號(hào)）．
A．減小Pb的損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率
B．重復(fù)利用NaOH，提高原料的利用率
C．增加Na₂SO₄濃度，提高脫硫效率
②過程Ⅲ的目的是提純，結(jié)合上述溶解度曲線，簡述過程Ⅲ的操作：向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液，加熱至110℃，充分溶解后，趁熱過濾，冷卻結(jié)晶，過濾得到PbO固體

Answer 1

分析 以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄及炭黑等）和H₂SO₄為原料，制備高純PbO，含鉛廢料加入硫酸亞鐵、稀硫酸加熱反應(yīng)過濾得到PbSO₄粗品，加入10%的氫氧化鈉溶液加熱反應(yīng)，冷卻過濾得到PbO粗品，粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高溫下的飽和溶液，冷卻結(jié)晶、過濾得PbO，
（1）根據(jù)題給化學(xué)工藝流程知，過程Ⅰ中，在Fe²⁺催化下，Pb、PbO₂和H₂SO₄反應(yīng)生成PbSO₄和水；
（2）①催化劑通過參加反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)前后保持不變．根據(jù)題給信息知反應(yīng)i中Fe²⁺被PbO₂氧化為Fe³⁺，則反應(yīng)ii中Fe³⁺被Pb還原為Fe²⁺，據(jù)此書寫離子方程式；
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)方案為取a中紅色溶液少量，加入過量Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去；
（3）①過程Ⅱ脫硫過程中發(fā)生的反應(yīng)為PbSO₄+2NaOH=PbO+Na₂SO₄+H₂O，而濾液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡PbO（s）+NaOH（aq）?NaHPbO₂（aq）逆向移動(dòng)；
②根據(jù)PbO的溶解度曲線進(jìn)行解答；

解答 解：（1）根據(jù)題給化學(xué)工藝流程知，過程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：Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O，
故答案為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O；
（2）①催化劑通過參加反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)前后保持不變．根據(jù)題給信息知反應(yīng)i中Fe²⁺被PbO₂氧化為Fe³⁺，則反應(yīng)ii中Fe³⁺被Pb還原為Fe²⁺，離子方程式為：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-═PbSO₄+2Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-═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(yīng)生成亞鐵離子，平衡逆向進(jìn)行充分反應(yīng)后，紅色褪去，
故答案為：取a中紅色溶液少量，加入過量Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去；
（3）①過程Ⅱ脫硫過程中發(fā)生的反應(yīng)為PbSO₄+2NaOH=PbO+Na₂SO₄+H₂O，由于PbO能溶解與NaOH溶液，因此濾液Ⅰ中含有Pb元素，濾液Ⅰ重復(fù)使用可減少PbO損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率，且濾液Ⅰ中過量的NaOH可以重復(fù)利用，提高原料的利用率，故選AB．
故答案為：AB；
②根據(jù)PbO的溶解度曲線，提純粗Pb的方法為將粗PbO溶解在NaOH溶液中，結(jié)合溶解度曲線特點(diǎn)可知濃度高的NaOH溶液和較高的溫度，PbO的溶解度高，因此加熱至較高溫度，充分溶解，然后再高溫下趁熱過濾除去雜質(zhì)，后冷卻后PbO又析出結(jié)晶，再次過濾可得到PbO固體．
故答案為：向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液，加熱至110℃，充分溶解后，趁熱過濾，冷卻結(jié)晶，過濾得到PbO固體．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)工藝流程分析、催化劑、離子方程式書寫、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、物質(zhì)分離提純、平衡一點(diǎn)原理的應(yīng)用，題目難度中等．