Question

【題目】已知：Pb的化合價只有+2、+4，且+4價的Pb具有強氧化性，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)的量分數(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)的化學方程式 ．
（2）用含x與a的表達式表示產(chǎn)生的O2、Cl2的物質(zhì)的量n（O2）= ， n（Cl2）= ．
（3）寫出y與a、x的函數(shù)關(guān)系式： ．
（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；其物質(zhì)的量之比為 ．
（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 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 ， 需補充物質(zhì)A，A是 ， 說明理由： ． 生產(chǎn)1噸硝酸銨需消耗Pb的物質(zhì)的量是kg（保留到整數(shù)）．

Answer 1

【答案】
（1）Pb2O3+6HCl（濃）═2PbCl2+Cl2↑+3H2O
（2） mol；（1﹣x）a
（3）y=（1﹣ ）amol
（4）Pb3O4、PbO；3：4
（5）NH3；根據(jù)總反應(yīng)式：8NO+7H2O 4NH4NO3+2HNO3 ， 電解產(chǎn)生的HNO3多；3881
【解析】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，所以答案是：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）= a= amol；后再與足量的濃鹽酸反應(yīng)生成Cl2 ， 得n（Cl2）=a× =（1﹣x）a mol，所以答案是： mol；a（1﹣x）mol；（3）y=n（O2）+n（Cl2）= mol+（1﹣x）a mol=（1﹣ ）amol，所以答案是：y=（1﹣ ）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× =mol，n（Cl2）=a（1﹣x）mol，即 ：（1﹣x）=5：3，解得：x= ，則剩余固體中含pb2+的物質(zhì)的量分數(shù)為 ，含pb4+的物質(zhì)的量分數(shù)為 ，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PbOPbO2 ， Pb3O4可表示為2PbOPbO2 ， 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，
所以答案是：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 3NH4NO3+2HNO3 ， 因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3 ， 需補充NH3；
由電子守恒可知：5NH4NO3～～～15e﹣～～～ Pb
5×80 ×207
1000kg xkg
解得x= =3881kg；
所以答案是：NH3；根據(jù)總反應(yīng)式：8NO+7H2O 4NH4NO3+2HNO3 ， 電解產(chǎn)生的HNO3多；3881．