Question

（13分）工業(yè)上從廢鉛酸電池的鉛膏回收鉛的過程中，可用碳酸鹽溶液與鉛膏（主要成分為PbSO₄）發(fā)生反應(yīng)：PbSO₄(s)+CO₃^2—(aq)PbCO₃(s)+SO₄^2—(aq)。某課題組用PbSO₄為原料模擬該過程，探究上述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件及固體產(chǎn)物的成分。

（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K＝                。

（2）室溫時(shí)，向兩份相同的樣品中分別加入同體積、同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化，在        溶液中PbSO₄轉(zhuǎn)化率較大，理由是               。

（3）查閱文獻(xiàn)：上述反應(yīng)還可能生成堿式碳酸鉛[2PbCO₃·Pb(OH)₂]，它和PbCO₃受熱都易分解生成PbO。該課題組對(duì)固體產(chǎn)物（不考慮PbSO₄）的成分提出如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三：

假設(shè)一：全部為PbCO₃；

假設(shè)二：                  ；

假設(shè)三：                  。

（4）為驗(yàn)證假設(shè)一是否成立，課題組進(jìn)行如下研究。

①定性研究：請(qǐng)你完成下表中內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)步驟（不要求寫出具體操作過程）	預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
取一定量樣品充分干燥，……

②定量研究：取26.7mg的干燥樣品，加熱，測的固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如下圖。某同學(xué)由圖中信息得出結(jié)論：假設(shè)一不成立。你是否同意該同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由：      

                                                              。

 

Answer 1

【答案】

⑴K= c(SO₄^2－)/c(CO₃^2－)  

⑵ Na₂CO₃  Na₂CO₃溶液中c(CO2－3)大  

⑶全部為2PbCO₃·Pb(OH)₂       PbCO₃與2PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物

⑷①

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
充分加熱樣品分解，將產(chǎn)生的氣體通過盛有無水硫酸銅的干燥管。	若無水硫酸銅不變藍(lán)色，則假設(shè)一成立； 若無水硫酸銅變藍(lán)色，則假設(shè)一不成立。

②同意  若全部為PbCO₃，26.7 mg完全分解后，其固體質(zhì)量為22.3m g （其他答案合理均可）

【解析】⑴平衡常數(shù)表達(dá)式中的各物質(zhì)的濃度為平衡濃度，且固體及純液體的濃度為定值，不列在平衡常數(shù)表達(dá)式中，因此根據(jù)反應(yīng)方程式容易寫出反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K= c(SO₄^2－)/c(CO₃^2－)  。⑵HCO－3難電離，相同濃度時(shí)，Na₂CO₃溶液中CO2－3濃度遠(yuǎn)大于NaHCO₃溶液中CO2－3的濃度，根據(jù)平衡移動(dòng)原理CO2－3濃度大，平衡向正向移動(dòng)，有利于PbSO₄的轉(zhuǎn)化。⑶根據(jù)信息及假設(shè)一，不難推出假設(shè)二和假設(shè)三分別為全部為PbCO₃·Pb(OH)₂、PbCO₃與PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物。⑷①若固體中含Pb(OH)₂，則其受熱分解會(huì)生成水，而PbCO₃受熱分解不會(huì)生成水，因此只需檢驗(yàn)固體受熱分解有無水生成即可，而水的檢驗(yàn)可用無水硫酸銅。②根據(jù)PbCO₃PbO＋CO₂↑，26.7 mg 全部分解得到的PbO：26.7mg/267 g·mol－1×223 g·mol－1     ＝22.3m g＜22.4m g，若26.7m g全為 Pb(OH)₂分解得到的PbO: 25.8mg＞22.4m g，因此假設(shè)一不成立。

考點(diǎn)定位：本題屬假設(shè)型實(shí)驗(yàn)題，以鉛蓄電池的鉛回收為情境，將化學(xué)平衡、沉淀的轉(zhuǎn)化、實(shí)驗(yàn)探究、計(jì)算等內(nèi)容融合在一起，主要考查學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理的掌握及運(yùn)用相關(guān)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)提出假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，考查運(yùn)用文字表達(dá)分析解決問題過程并做出合理解釋的能力。