Question

13．以含鉛廢料（主要含Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄）和稀H₂SO₄為原料制備高純Pb、PbO等，實現(xiàn)鉛的再生利用．其主要流程如圖1：

（1）“酸溶”時，在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反應生成PbSO₄，生成1mol PbSO₄，轉移電子的物質的量是1mol．Fe²⁺催化過程可表示為：
①2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O
②2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2Fe²⁺．（用離子方程式表示反應②）
（2）寫出脫硫過程發(fā)生主要反應的化學方程式：PbSO₄+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbO+Na₂SO₄+H₂O．
（3）已知：①PbO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2所示．
②粗品PbO中所含雜質不溶于NaOH溶液．結合上述信息，完成由粗品PbO得到高純PbO的操作：將粗品PbO溶解在一定量35%（填“35%”或“10%”）的NaOH溶液中，加熱至110℃，充分溶解后，趁熱過濾（填“趁熱過濾”或“蒸發(fā)濃縮”），將濾液冷卻結晶，過濾、洗滌并干燥得到高純PbO固體．
（4）將PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中，得到含Na₂PbC1₄的電解液，電解Na₂PbC1₄溶液，生成Pb，如圖3所示．
①陰極的電極反應式是PbCl₄^2-+2e^-=Pb+4Cl^-．
②電解一段時間后，Na₂PbC1₄濃度極大下降，為了恢復其濃度且實現(xiàn)物質的循環(huán)利用，陰極區(qū)采取的方法是繼續(xù)向陰極區(qū)加PbO粗品．

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、稀硫酸加熱反應過濾得到PbSO₄粗品，加入10%的氫氧化鈉溶液加熱反應，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，冷卻結晶、過濾得PbO．
（1）在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反應生成PbSO₄，反應為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2PbSO₄+2H₂O，生成2molPbSO₄轉移電子2mol，F(xiàn)e²⁺作催化劑，故①2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O，②應為Pb將Fe³⁺還原為Fe²⁺，據此書寫；
（2）脫硫過程為向含有PbSO₄的溶液中滴加NaOH溶液，生成PbO，可結合電子守恒、電荷守恒及原子守恒寫出此反應的方程式；
（3）脫硫過程中發(fā)生的反應為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，結合溶解度曲線特點可知濃度高的NaOH溶液和較高的溫度，PbO的溶解度高，據此分析；
（4）①陰極發(fā)生還原反應；
②陰極電解一段時間后溶液為HC1和NaC1的混合溶液，根據題意“將PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中，得到含Na₂PbC1₄的電解液”可知后加入PbO．

解答 解：（1）在Fe²⁺催化下，Pb和PbO₂反應生成PbSO₄，反應為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2PbSO₄+2H₂O，生成2molPbSO₄轉移電子2mol，故生成1mol PbSO₄，轉移電子的物質的量是1mol；Fe²⁺作催化劑，故①2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O，②應為Pb將Fe³⁺還原為Fe²⁺，反應為：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2Fe²⁺；
故答案為：1；2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-=PbSO₄+2Fe²⁺；
（2）脫硫過程中滴加NaOH溶液，生成PbO，發(fā)生主要反應的方程式是：PbSO₄+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbO+Na₂SO₄+H₂O；
故答案為：PbSO₄+2NaOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbO+Na₂SO₄+H₂O；
（3）根據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，結合溶解度曲線特點可知濃度高的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，將濾液冷卻結晶，過濾、洗滌并干燥得到高純PbO固體；
故答案為：35%； 趁熱過濾；
（4）①陰極發(fā)生還原反應，根據題意電解Na₂PbC1₄溶液，生成Pb，Pb發(fā)生還原反應，故陰極反應為：PbCl₄^2-+2e^-=Pb+4Cl^-；
故答案為：PbCl₄^2-+2e^-=Pb+4Cl^-；
②陰極電解一段時間后溶液為HC1和NaC1的混合溶液，根據題意“將PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中，得到含Na₂PbC1₄的電解液”繼續(xù)向陰極區(qū)加PbO粗品可恢復其濃度且實現(xiàn)物質的循環(huán)利用；
故答案為：繼續(xù)向陰極區(qū)加PbO粗品．

點評 本題考查了化學工藝流程分析、實驗原理分析、離子方程式書寫、化學實驗方案的設計、物質分離提純、平衡一點原理的應用，涉及實驗的基本操作，屬綜合考查，題目難度中等．