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反應生成PbSO₄的化學方程式是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下列實驗方案可證實上述催化過程．將實驗方案補充完整．
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中重復使用，其目的是AB（選填序號）．
A．減小Pb的損失，提高產品的產率
B．重復利用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）根據(jù)題給化學工藝流程知，過程Ⅰ中，在Fe²⁺催化下，Pb、PbO₂和H₂SO₄反應生成PbSO₄和水；
（2）①催化劑通過參加反應，改變反應歷程，降低反應的活化能，加快化學反應速率，而本身的質量和化學性質反應前后保持不變．根據(jù)題給信息知反應i中Fe²⁺被PbO₂氧化為Fe³⁺，則反應ii中Fe³⁺被Pb還原為Fe²⁺，據(jù)此書寫離子方程式；
②a實驗證明發(fā)生反應i，則b實驗需證明發(fā)生反應ii，實驗方案為取a中紅色溶液少量，加入過量Pb，充分反應后，紅色褪去；
（3）①過程Ⅱ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；
②根據(jù)PbO的溶解度曲線進行解答；

解答 解：（1）根據(jù)題給化學工藝流程知，過程Ⅰ中，在Fe²⁺催化下，Pb、PbO₂和H₂SO₄反應生成PbSO₄和水，化學方程式為：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，改變反應歷程，降低反應的活化能，加快化學反應速率，而本身的質量和化學性質反應前后保持不變．根據(jù)題給信息知反應i中Fe²⁺被PbO₂氧化為Fe³⁺，則反應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實驗證明發(fā)生反應i，則b實驗需證明發(fā)生反應ii，實驗方案為：
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)下鐵離子反應生成亞鐵離子，平衡逆向進行充分反應后，紅色褪去，
故答案為：取a中紅色溶液少量，加入過量Pb，充分反應后，紅色褪去；
（3）①過程Ⅱ脫硫過程中發(fā)生的反應為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重復使用可減少PbO損失，提高產品的產率，且濾液Ⅰ中過量的NaOH可以重復利用，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，后冷卻后PbO又析出結晶，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，冷卻結晶，過濾得到PbO固體．

點評 本題考查了化學工藝流程分析、催化劑、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，題目難度中等．