111 學年度分科測驗化學考科 第 26 題

財團法人大學入學考試中心基金會

現代的社會強調「資源可持續回復,循環再生」的循環經濟。鉛蓄電池因使用量非常龐大,環保署公告2020 年回收的廢鉛蓄電池總處理量高達6 萬多公噸。而廢鉛蓄電池中主要含金屬鉛(Pb)、氧化鉛(PbO)、二氧化鉛(\mathrm{PbO_2})、硫酸鉛(\mathrm{PbSO_4})。某研究團隊設計以下流程,可從廢鉛蓄電池中提煉高純度的PbO。

I. 將含有廢鉛蓄電池的廢料、濃度2.0 M 的 \mathrm{H_2SO_4}、0.1 M 的 \mathrm{FeSO_4}(在溶液中解離成 \mathrm{Fe^{2+}} 和 \mathrm{SO_4^{2-}})溶液的混合物在65℃進行反應,所產生的 \mathrm{PbSO_4} 可以式(2)表示:

\mathrm{Pb(s)+PbO_2(s)+2H_2SO_4(aq)\rightarrow 2PbSO_4(s)+2H_2O(l)}\qquad\text{式(2)}

II. 將實驗I 的 \mathrm{PbSO_4} 粗產物溶於10% NaOH 溶液,加熱,並趁熱過濾;待濾液冷卻至室溫後,過濾並收集含PbO 的粗產物。

III. 將實驗II 的PbO 粗產物置於35% NaOH 溶液中,在110℃下攪拌至完全溶解後趁熱過濾,靜置濾液使其冷卻至室溫,可得高純度的黃色物質即為PbO。

該研究團隊為探究 \mathrm{Fe^{2+}} 在實驗I 中扮演的角色,利用鐵離子會與 \mathrm{SCN^-} 產生錯合物的特性,又進行以下兩個實驗:

IV. 65℃時,於2.0 M 的 \mathrm{H_2SO_4} 與0.1 M 的 \mathrm{FeSO_4} 的水溶液中加入適量KSCN 水溶液後,溶液幾乎無色;但是若加入少量 \mathrm{PbO_2} 後,溶液呈紅色,並有白色 \mathrm{PbSO_4} 固體產生。

V. 取出實驗IV 的紅色溶液置於另一試管;在65℃時,加入鉛粉,溶液又變成幾乎無色,且有白色 \mathrm{PbSO_4} 固體產生。

回答下列問題:

寫出實驗IV 中,溶液呈紅色的原因為何?(2 分)

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