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不穩定，隨溫度升高按下列順序逐步分PbO2→Pb2O3→Pb3O4→PbO．現將a mol PbO2加熱分解，收集產生的O2；向加熱后所得固體中加入足量的濃鹽酸，收集產生的Cl2 ． 加熱反應后所得固體中，Pb2+占Pb元素的物質的量分數為x；兩步反應中收集的O2和Cl2的物質的量之和為y mol．試回答下列問題：
（1）試寫出Pb2O3與濃鹽酸反應的化學方程式 ．
（2）用含x與a的表達式表示產生的O2、Cl2的物質的量n（O2）= ， n（Cl2）= ．
（3）寫出y與a、x的函數關系式： ．
（4）若兩步反應中O2和Cl2的物質的量之比為5：3，則剩余固體中含有的物質為；其物質的量之比為 ．
（5）PbO2和Pb經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．現有一種生產NH4NO3的新工藝，電解NO制備NH4NO3 ， 其工作原理如圖所示，為使電解產物全部轉化為NH4NO3 ， 需補充物質A，A是 ， 說明理由： ． 生產1噸硝酸銨需消耗Pb的物質的量是kg（保留到整數）．

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；根據總反應式：8NO+7H2O 4NH4NO3+2HNO3 ， 電解產生的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 ， 根據元素守恒得反應物與生成物并根據化合價升降法配平該氧化還原反應，得出Pb2O3+6HCl（濃）═2PbCl2+Cl2↑+3H2O，所以答案是：Pb2O3+6HCl（濃）═2PbCl2+Cl2↑+3H2O；（2）根據題意：1mol PbO2分解所得混合物中n（Pb2+）=x mol、n（Pb4+）=（1﹣x）mol．在反應過程中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）若兩步反應中O2和Cl2的物質的量之比為5：3，根據上述分析：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+的物質的量分數為 ，含pb4+的物質的量分數為 ，即n（pb2+）：n（pb4+）=10：3，由題意，PbO2不穩定逐步分解順序：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，設剩余固體中Pb3O4物質的量為a、PbO物質的量為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為NO﹣3e﹣+2H2O=NO3﹣+4H+ ， 甲為陰極反應為：NO+5e﹣+6H+=NH4++H2O，從兩極反應可看出，要使得失電子守恒，陽極產生的NO3﹣的物質的量大于陰極產生的NH4+的物質的量，總反應方程式為：8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3 ， 因此若要使電解產物全部轉化為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；根據總反應式：8NO+7H2O 4NH4NO3+2HNO3 ， 電解產生的HNO3多；3881．