Question

20．以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄及炭黑等）和H₂SO₄为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用．其工作流程如下：

（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Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．
（2）过程Ⅰ中，Fe²⁺催化过程可表示为：
i：2Fe²⁺+PbO₂+4H⁺+SO₄^2-═2Fe³⁺+PbSO₄+2H₂O
ii：…
①写出ii的离子方程式：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-═PbSO₄+2Fe²⁺．
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．取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去．
（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）?NaHPbO₂（aq），其溶解度曲线如图所示．
①过程Ⅱ的目的是脱硫．滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是AB（选填序号）．
A．减小Pb的损失，提高产品的产率
B．重复利用NaOH，提高原料的利用率
C．增加Na₂SO₄浓度，提高脱硫效率
②过程Ⅲ的目的是提纯，结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作：向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体

Answer 1

分析 以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO₂、PbSO₄及炭黑等）和H₂SO₄为原料，制备高纯PbO，含铅废料加入硫酸亚铁、稀硫酸加热反应过滤得到PbSO₄粗品，加入10%的氢氧化钠溶液加热反应，冷却过滤得到PbO粗品，粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液，冷却结晶、过滤得PbO，
（1）根据题给化学工艺流程知，过程Ⅰ中，在Fe²⁺催化下，Pb、PbO₂和H₂SO₄反应生成PbSO₄和水；
（2）①催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质反应前后保持不变．根据题给信息知反应i中Fe²⁺被PbO₂氧化为Fe³⁺，则反应ii中Fe³⁺被Pb还原为Fe²⁺，据此书写离子方程式；
②a实验证明发生反应i，则b实验需证明发生反应ii，实验方案为取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去；
（3）①过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO₄+2NaOH=PbO+Na₂SO₄+H₂O，而滤液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡PbO（s）+NaOH（aq）?NaHPbO₂（aq）逆向移动；
②根据PbO的溶解度曲线进行解答；

解答 解：（1）根据题给化学工艺流程知，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：Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O，
故答案为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O；
（2）①催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质反应前后保持不变．根据题给信息知反应i中Fe²⁺被PbO₂氧化为Fe³⁺，则反应ii中Fe³⁺被Pb还原为Fe²⁺，离子方程式为：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-═PbSO₄+2Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Pb+SO₄^2-═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，溶液中存在平衡，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃，加入过量Pb，和平衡状态下铁离子反应生成亚铁离子，平衡逆向进行充分反应后，红色褪去，
故答案为：取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去；
（3）①过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO₄+2NaOH=PbO+Na₂SO₄+H₂O，由于PbO能溶解与NaOH溶液，因此滤液Ⅰ中含有Pb元素，滤液Ⅰ重复使用可减少PbO损失，提高产品的产率，且滤液Ⅰ中过量的NaOH可以重复利用，提高原料的利用率，故选AB．
故答案为：AB；
②根据PbO的溶解度曲线，提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在NaOH溶液中，结合溶解度曲线特点可知浓度高的NaOH溶液和较高的温度，PbO的溶解度高，因此加热至较高温度，充分溶解，然后再高温下趁热过滤除去杂质，后冷却后PbO又析出结晶，再次过滤可得到PbO固体．
故答案为：向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体．

点评 本题考查了化学工艺流程分析、催化剂、离子方程式书写、化学实验方案的设计、物质分离提纯、平衡一点原理的应用，题目难度中等．