铅酸蓄电池自1859年由普兰特发明以来,至今已有一百多年的历史,技术十分成熟,是全球上使用最广泛的化学电源,广泛应用于汽车、电动车以及通讯、仪器仪表、雷达系统等领域。随着世界能源经济的发展和人民生活水平的日益提高,在二次电源使用中,铅蓄电池已占有85%以上的市场份额。铅酸蓄电池以技术成熟、成本低、大电流放电性能佳、适用温度范围广、安全性高,可做到完全回收利用等优点在汽车起动电池和电动车领域尚无法被其他电池取代。我国每年产生的废旧铅蓄电池约330万吨。从含铅废料(含PbSO4、PbO2、PbO等)中回收铅,实现铅的再生,意义重大。
一种回收铅的工艺流程如下:
问题1.过程Ⅰ,已知:PbSO4、PbCO3的溶解度(20 ℃)如图1;Na2SO4、Na2CO3的溶解度如图2。
生产过程中的温度应保持在40 ℃,若温度降低,PbSO4的转化速率下降。根据如图,解释可能原因是什么?(素养角度——证据推理与模型认知)
提示:①温度降低,反应速率降低;
②随着反应的进行,碳酸钠的量减少,Na2CO3浓度降低,反应速率降低。
问题2.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。(素养角度——变化观念与平衡思想)
(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,其目的可能是什么?
提示: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,减少PbO的损失,提高产品的产率,同时重复利用NaOH。
(2)过滤Ⅲ的目的是提纯,综合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作。
提示:根据PbO的溶解度曲线,提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液,降温结晶、过滤,洗涤并干燥即可得到Pb。
