Question

12．已知：Pb的化合價只有+2、+4，且+4價的Pb具有強(qiáng)氧化性，能氧化濃HCl生成Cl₂；PbO₂不穩(wěn)定，隨溫度升高按下列順序逐步分PbO₂→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO．現(xiàn)將a mol PbO₂加熱分解，收集產(chǎn)生的O₂；向加熱后所得固體中加入足量的濃鹽酸，收集產(chǎn)生的Cl₂．加熱反應(yīng)后所得固體中，Pb²⁺占Pb元素的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x；兩步反應(yīng)中收集的O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之和為y mol．
試回答下列問題：
（1）試寫出Pb₂O₃與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式Pb₂O₃+6HCl（濃）═2PbCl₂+Cl₂↑+3H₂O．
（2）用含x與a的表達(dá)式表示產(chǎn)生的O₂、Cl₂的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{ax}{2}$mol，n（Cl₂）=（1-x）a．
（3）寫出y與a、x的函數(shù)關(guān)系式：y=（1-$\frac{x}{2}$）amol．
（4）若兩步反應(yīng)中O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之比為5：3，則剩余固體中含有的物質(zhì)為Pb₃O₄、PbO；其物質(zhì)的量之比為3：4．
（5）PbO₂和Pb經(jīng)常作制造蓄電池的原材料，鉛蓄電池的工作原理：
Pb+PbO₂+2H₂SO₄$?_{充電}^{放電}$2PbSO₄+2H₂O．現(xiàn)有一種生產(chǎn)NH₄NO₃的新工藝，電解NO制備NH₄NO₃，其工作原理如圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補(bǔ)充物質(zhì)A，A是NH₃，說明理由：根據(jù)總反應(yīng)式：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4NH₄NO₃+2HNO₃，電解產(chǎn)生的HNO₃多．
生產(chǎn)1噸硝酸銨需消耗Pb的物質(zhì)的量是3881kg（保留到整數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）Pb₂O₃中+3價的Pb具有強(qiáng)氧化性，能氧化濃鹽酸，+3價的Pb被濃鹽酸還原成+2價，確定生成物PbC1₂、C1₂、H₂O，再配平可得化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)題意，確定反應(yīng)物為PbO₂，寫出方程式，再利用方程式進(jìn)行計算求解；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)電子得失守恒求出n（O₂）、n（Cl₂），即得y與x的函數(shù)關(guān)系；
（4）根據(jù)兩步反應(yīng)中O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之比為3：5，求出x的值，確定出n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）的比值，再設(shè)法求解即可；
（5）電解NO制備NH₄NO₃，由圖可知乙為陽極反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，甲為陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應(yīng)可看出，要使得失電子守恒，陽極產(chǎn)生的NO₃^-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH₄⁺的物質(zhì)的量，總反應(yīng)方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補(bǔ)充NH₃，根據(jù)電子守恒計算．

解答 解：（1）Pb₂O₃中Pb的化合價只有+3，且+3價的Pb具有氧化性，能氧化濃鹽酸生成C1₂，本身被還原成+2價Pb，生成PbC1₂，根據(jù)元素守恒得反應(yīng)物與生成物并根據(jù)化合價升降法配平該氧化還原反應(yīng)，得出Pb₂O₃+6HCl（濃）═2PbCl₂+Cl₂↑+3H₂O，
故答案為：Pb₂O₃+6HCl（濃）═2PbCl₂+Cl₂↑+3H₂O；
（2）根據(jù)題意：1mol PbO₂分解所得混合物中n（Pb²⁺）=x mol、n（Pb⁴⁺）=（1-x） mol．在反應(yīng)過程中1mol PbO₂中+4價的Pb具有強(qiáng)氧化性作氧化劑，
+4價的Pb最終全部降低為+2價，根據(jù)得失電子守恒：先加熱分解生成O₂，得n（O₂）=$\frac{2x}{4}$a=$\frac{x}{2}$amol；
后再與足量的濃鹽酸反應(yīng)生成Cl₂，得n（Cl₂）=a×$\frac{（1-x）×2}{2}$=（1-x）a mol，
故答案為：$\frac{ax}{2}$mol；a（1-x）mol；
（3）y=n（O₂）+n（Cl₂）=$\frac{x}{2}$mol+（1-x）a mol=（1-$\frac{x}{2}$）amol，故答案為：y=（1-$\frac{x}{2}$）amol；
（4）若兩步反應(yīng)中O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之比為5：3，根據(jù)上述分析：n（O₂）=a×$\frac{x}{2}$=mol，n（Cl₂）=a（1-x）mol，即 $\frac{x}{2}$：（1-x）=5：3，解得：x=$\frac{10}{13}$，則剩余固體中含pb²⁺的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為$\frac{10}{13}$，含pb⁴⁺的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為 $\frac{3}{13}$，即n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）=10：3，
由題意，PbO₂不穩(wěn)定逐步分解順序：PbO₂→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO．因為Pb的化合價只有+2、+4，所以Pb₂O₃可表示為PbO•PbO₂，Pb₃O₄可表示為2PbO•PbO₂，各氧化物中n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）的比值關(guān)系為：
PbO₂中，n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）=0：1
Pb₂O₃中，n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）=1：1
Pb₃O₄中，n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）=2：1
PbO中，n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）=1：0，
根據(jù)剩余固體中n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）=10：3，介于3：1和4：1之間，所以此時剩余固體包括Pb₃O₄、PbO兩種物質(zhì)，
設(shè)剩余固體中Pb₃O₄物質(zhì)的量為a、PbO物質(zhì)的量為b，
得n（pb²⁺）=2a+b，n（pb⁴⁺）=a，
則（2a+b）：a=10：3
解得a：b=3：4，即Pb₃O₄：PbO=3：4，
故答案為：Pb₃O₄、PbO；3：4；
（5）電解NO制備NH₄NO₃，由圖可知乙為陽極反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，甲為陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應(yīng)可看出，要使得失電子守恒，陽極產(chǎn)生的NO₃^-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH₄⁺的物質(zhì)的量，總反應(yīng)方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補(bǔ)充NH₃；
由電子守恒可知：5NH₄NO₃～～～15e^-～～～$\frac{15}{2}$Pb
               5×80                $\frac{15}{2}$×207
               1000kg               xkg
解得x=$\frac{\frac{15}{2}×207×1000kg}{5×80}$=3881kg；
故答案為：NH₃；根據(jù)總反應(yīng)式：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4NH₄NO₃+2HNO₃，電解產(chǎn)生的HNO₃多；3881．

點評 本題考查氧化還原反應(yīng)知識、電解原理的應(yīng)用，利用化合價升降法配平，抓住本質(zhì)電子的得失守恒是解題的關(guān)鍵，同時結(jié)合中間值確定反應(yīng)產(chǎn)物．題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力和分析能力．