Question

7．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=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$．
（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Na₂CO₃溶液中PbSO₄轉(zhuǎn)化率較大，理由是相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大．
（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：全部為2PbCO₃•Pb（OH）₂；
假設(shè)三：PbCO₃與2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物．
（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(cè)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(jiǎn)述理由：同意若全部為PbCO₃，26.7mg完全分解后，其固體質(zhì)量為22.3mg．

Answer 1

分析 （1）PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出計(jì)算式；
（2）根據(jù)反應(yīng)達(dá)到的平衡分析：PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子濃度平衡正向進(jìn)行，促進(jìn)硫酸鉛轉(zhuǎn)化；
（3）依據(jù)題干信息可知，PbSO₄轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)化時(shí)能生成碳酸鉛，也能生成堿式碳酸鉛；
（4）依據(jù)碳酸鉛分解生成PbO，CO₂，堿式碳酸鉛分解生成PbO、CO₂、H₂O，生成的產(chǎn)物不同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，有水生成移動(dòng)不是碳酸鉛．

解答 解：（1）反應(yīng)平衡常數(shù)是用各反應(yīng)物和生成物濃度計(jì)算表示，固體和純液體的濃度是定值不出現(xiàn)在表達(dá)式中，平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$，
故答案為：$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$；
（2）在溶液中Na₂CO₃能完全電離生成碳酸根離子，而碳酸氫根離子微弱電離生成碳酸根離子，所以相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，碳酸鈉溶液中碳酸根離子濃度大，PbSO₄轉(zhuǎn)化率較大；
故答案為：Na₂CO₃；相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大；
（3）依據(jù)題干信息可知，PbSO₄轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)化時(shí)能生成碳酸鉛，也能生成堿式碳酸鉛，故所得產(chǎn)物有三種可能情況：一是全部為碳酸鉛，二是全部為堿式碳酸鉛，三是兩者都有；
故答案為：全部為2PbCO₃•Pb（OH）₂；PbCO₃與2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物；
（4）①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，可取一定量樣品充分干燥，然后將樣品加熱分解，將產(chǎn)生的氣體依次通過盛有無水硫酸銅的干燥管和盛有澄清石灰水的燒瓶，若無水硫酸銅不變藍(lán)色，澄清石灰水變渾濁，說明樣品全部是PbCO₃，
故答案為：

實(shí)驗(yàn)步驟	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，然后將樣品加熱分解，將產(chǎn)生的氣體依次通過盛有無水硫酸銅的干燥管和盛有澄清石灰水的燒瓶	若無水硫酸銅不變藍(lán)色，澄清石灰水變渾濁，說明樣品全部是PbCO3

②同意，因?yàn)槿羧�部為PbCO₃，26.7mg完全分解后，n（PbCO₃）=$\frac{26.7g}{267g/mol}$×10^-3=0.0001mol，則分解產(chǎn)生的PbO的質(zhì)量為22.3mg，或不同意，實(shí)驗(yàn)最終達(dá)到固體的質(zhì)量與全部為碳酸鉛分解所得固體質(zhì)量相差不大，可能是實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的誤差引起的，
故答案為：同意；若全部為PbCO₃，26.7mg完全分解后，其固體質(zhì)量為22.3mg．

點(diǎn)評(píng) 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．