Question

13．PbI₂常用于生產新型敏化太陽能電池的敏化劑．工業(yè)上，用廢鉛塊為原料合成PbI₂的流程如圖1下：

請回答下列問題：
（1）將鉛塊制成鉛花的目的是增大反應物的接觸面積，加快反應速率；制備硝酸鉛（或醋酸鉛）時，需要加熱，但溫度不宜過高，其原因是溫度過高，導致HNO₃揮發(fā)分解、CH₃COOH揮發(fā)．
（2）寫出鉛花溶于5mol•L^-1硝酸的化學方程式3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；制備硝酸鉛時不用14mol•L^-1硝酸與鉛花反應，其原因是含等物質的量HNO₃時，濃硝酸溶解的鉛較少，且放出的污染氣體較多．
（3）取一定量（CH₃COO）₂Pb•n H₂O樣品在N₂氣氛中加熱，測得樣品固體殘留率（$\frac{固體樣品的剩余質量}{固體樣品的起始質量}$×100%）隨溫度的變化如圖2所示（已知：樣品在75℃時已完全失去結晶水）．
①（CH₃COO）₂Pb•nH₂O在0～75℃反應的化學方程式為（CH₃COO）₂Pb•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CH₃COO）₂Pb+3H₂O．
②100～200℃間分解產物為鉛的氧化物和一種有機物．寫出這個溫度區(qū)間內反應的化學方程式（CH₃COO）₂Pb $\frac{\underline{\;100～200℃\;}}{\;}$PbO+（CH₃CO）₂O．
（4）已知常溫下，K_sp（PbI₂）=4.0×10^-9
PbI₂濁液中存在PbI₂（s）?Pb²⁺（aq）+2I^-（aq），c（Pb²⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1．

Answer 1

分析 用廢鉛塊為原料合成PbI₂的流程：為了增大與酸反應的接觸面積，加快溶解反應速率，將鉛塊制成鉛花，途徑一：3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，Pb（NO₃）₂+2KI=PbI₂↓+2KNO₃，途徑二：Pb（NO₃）₂+2CH₃COOH+nH₂O=（CH₃COO）₂Pb•nH₂O+2HNO₃，（CH₃COO）₂Pb•nH₂O+2KI=PbI₂↓+2CH₃COOK+nH₂O．
（1）根據影響反應速率的因素去分析，接觸面積越大，反應速率越快，鉛塊制成鉛花為了增大表面積，加快反應速率；反應溫度高，能加快反應速率，但制備硝酸鉛得原料之一硝酸易分解，易揮發(fā)，通過途徑二的原料乙酸也易揮發(fā)；
（2）鉛和稀硝酸反應生成硝酸鉛、一氧化氮和水，據此書寫化學方程式；鉛和濃硝酸反應生成硝酸銅，二氧化氮和水，含等物質的量HNO₃時，濃硝酸溶解的鉛較少，且放出的污染氣體較多；
（3）①樣品在75℃時已完全失去結晶水，（CH₃COO）₂Pb•nH₂O在0～75℃反應生成乙酸鉛和水，可假設起始固體質量為100g，則加熱到75℃時完全失去結晶水的質量就是固體減輕的質量，求算出水的物質的量及醋酸鉛的物質的量，根據兩者的物質的量之比可確定n的值，據此寫出這個溫度區(qū)間內反應的化學方程式；
②醋酸鉛繼續(xù)加熱分解剩余固體為鉛的氧化物，可根據剩余固體質量及鉛、碳原子守恒來確定有機物的摩爾質量，推測有機物的分子組成；
（4）根據Ksp（PbI₂）=c（Pb²⁺）•c²（I^-）=4c³（Pb²⁺）結合K_sp（PbI₂）=4.0×10^-9計算c（Pb²⁺）．

解答 解：（1）接觸面積越大，反應速率越快，將鉛塊制成鉛花，是為了增大與酸反應的接觸面積，加快溶解反應速率，途徑二：Pb（NO₃）₂+2CH₃COOH+nH₂O=（CH₃COO）₂Pb•nH₂O+2HNO₃，（CH₃COO）₂Pb•nH₂O+2KI=PbI₂↓+2CH₃COOK+nH₂O，原料乙酸易揮發(fā)，溫度過高，會加快揮發(fā)，
故答案為：增大反應物的接觸面積，加快反應速率；溫度過高，導致HNO₃揮發(fā)分解、CH₃COOH揮發(fā)；
（2）鉛具有還原性，硝酸具有強氧化性，鉛和稀硝酸反應生成硝酸鉛、一氧化氮和水，化學方程式為：3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，鉛與濃硝酸發(fā)生氧化還原反應，生成硝酸鉛，二氧化氮和水，反應的化學方程式為Pb+4HNO₃（濃）=Pb（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，與稀硝酸相比，含等物質的量HNO₃時，濃硝酸溶解的鉛較少，且放出的污染氣體較多，
故答案為：3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；含等物質的量HNO₃時，濃硝酸溶解的鉛較少，且放出的污染氣體較多；
（3）①假設樣品的起始質量為100克，根據固體殘留率的公式可知，75℃時剩余固體為87.75克，樣品在75℃時已完全失去結晶水，生成的水質量為100g-87.75g=12.25g，則醋酸鉛與水的物質的量之比為$\frac{85.75g}{325g/mol}$：$\frac{12.25g}{18g/mol}$=1：3，則n=3，則反應方程式為：（CH₃COO）₂Pb•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CH₃COO）₂Pb+3H₂O，
故答案為：（CH₃COO）₂Pb•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（CH₃COO）₂Pb+3H₂O；
②鉛的氧化物質量為58.84克，醋酸鉛的物質的量為=$\frac{85.75g}{325g/mol}$=$\frac{85.75}{325}$mol，根據鉛原子守恒，鉛的氧化物（PbO_x）的物質的量為$\frac{85.75}{325}$mol，此氧化物的摩爾質量為
58.84g÷$\frac{85.75}{325}$mol=223g/mol，為PbO，有機物的質量為85.75g-58.84g=26.91g，此有機物分子內應含有四個碳原子，物質的量為$\frac{85.75}{325}$mol，摩爾質量為26.91g÷$\frac{85.75}{325}$mol=102，根據原子守恒可知有機物的分子式為C₄H₆O₃，結構簡式為（CH₃CO）₂O；
故答案為：（CH₃COO）₂Pb  $\frac{\underline{\;100～200℃\;}}{\;}$PbO+（CH₃CO）₂O；
（4）Ksp（PbI₂）=c（Pb²⁺）•c²（I^-）=4c³（Pb²⁺）=4.0×10^-9，所以c（Pb²⁺）=1.0×10^-3，
故答案為：1.0×10^-3．

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高頻考點，涉及反應速率影響因素、難溶物溶解平衡、溶度積計算等知識點，側重考查學生分析計算能力，注意（3）題的有關計算和分析，為難點，題目難度中等．