Question

已知：Pb的化合价只有+2、+4，且+4价的Pb具有强氧化性，能氧化浓盐酸生成C1₂；
（1）写出Pb₃O₄与浓盐酸反应的化学方程式______．
（2）PbO₂不稳定，随温度升高按下列顺序逐步分解：PbO₂→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO．若加热分解后所得到的固体全部为Pb₃O₄，现将a mol PbO₂加热分解，则加热过程中放出O₂______L（标准状况下）；
（3）现将1mol PbO₂加热分解，收集产生的O₂，加热分解后所得固体中，pb²⁺占Pb元素的物质的量分数为x；再向加热所得固体中加入足量的浓盐酸，收集产生的C1₂，收集到O₂和C1₂的物质的量之和为y mol．
试回答下列问题：
①确定y与x的函数关系式为______．
②若两步反应中O₂和Cl₂的物质的量之比为3：5，则剩余固体中含有的物质为______，其物质的量之比为______．

Answer 1

解：（1）Pb₃O₄中Pb的化合价只有+2、+4，再根据化合价代数和等于零，求得Pb的总化合价为+8价，即可确定Pb₃O₄中有一个+4价、有两个+2价，且+4价的Pb具有强氧化性，能氧化浓盐酸生成C1₂，本身被还原成+2价Pb，生成PbC1₂，
根据元素守恒得反应物与生成物：Pb₃O₄+HCl（浓）→PbCl₂+Cl₂↑+H₂O，根据化合价升降法配平该氧化还原反应，
Pb₃O₄中一个+4价的Pb降低到+2价，降低2价；HCl（浓）中-1价的Cl上升到0价生成Cl₂，上升1价×2，所以Pb₃O₄和Cl₂前面的计量数都为1，根据原子守恒配平其它物质前计量数，得各物质前计量数为1、8、3、1、4，故方程式为Pb₃O₄+8HCl（浓）═3PbCl₂+Cl₂↑+4H₂O，
故答案为：Pb₃O₄+8HCl（浓）═3PbCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（2）根据题意，确定反应物为PbO₂，生成物为Pb₃O₄和O₂，因此方程式为 3PbO₂Pb₃O₄+O₂，
设生成氧气物质的量为x，
3PbO₂Pb₃O₄+O₂
3mol 1mol
amol x
解得：x═mol
则V（O₂）═mol×22.4L/mol═L，
故答案为：L；
（3）①根据题意：1mol PbO₂分解所得混合物中n（Pb²⁺）=x mol、n（Pb⁴⁺）=（1-x） mol．在反应过程中1mol PbO₂中+4价的Pb具有强氧化性作氧化剂，
+4价的Pb最终全部降低为+2价，
根据得失电子守恒：先加热分解生成O₂，得n（O₂）══ mol；
后再与足量的浓盐酸反应生成Cl₂，得n（Cl₂）══（1-x） mol，
则 y═n（O₂）+n（Cl₂）═ mol+（1-x） mol═（1-）mol，
故答案为：y═（1-）mol；
②若两步反应中O₂和Cl₂的物质的量之比为3：5，
根据上述分析：n（O₂）══ mol，n（Cl₂）══（1-x） mol
即 ：（1-x）═3：5，
解得：x═，
则剩余固体中含pb²⁺的物质的量分数为，含pb⁴⁺的物质的量分数为，即n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）═6：5，
由题意，PbO₂不稳定逐步分解顺序：PbO₂→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO．因为Pb的化合价只有+2、+4，所以Pb₂O₃可表示为
PbO?PbO₂，Pb₃O₄可表示为2PbO?PbO₂，各氧化物中n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）的比值关系为：
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
根据剩余固体中n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）═6：5，介于1：1和2：1之间，可推出剩余固体中所含物质为Pb₂O₃、Pb₃O₄．
设剩余固体中Pb₂O₃物质的量为a、Pb₃O₄物质的量为b，
得n（pb²⁺）═a+2b，n（pb⁴⁺）═a+b，
则（a+2b）：（a+b）═6：5
解得a：b═4：1，即（Pb₂O₃）：（Pb₃O₄）═4：1，
故答案为：Pb₂O₃、Pb₃O₄；4：1．
分析：（1）Pb₃O₄中+4价的Pb具有强氧化性，能氧化浓盐酸，+4价的Pb被浓盐酸还原成+2价，确定生成物PbC1₂、C1₂、H₂O，再配平可得化学方程式；
（2）根据题意，确定反应物为PbO₂，生成物为Pb₃O₄和O₂，写出方程式，再利用方程式进行计算求解；
（3）根据氧化还原反应的本质电子得失守恒求出n（O₂）、n（Cl₂），即得y与x的函数关系．根据两步反应中O₂和Cl₂的物质的量之比为3：5，求出x的值，确定出
n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）的比值，再设法求解．
点评：本题考查氧化还原反应知识，利用化合价升降法配平，抓住本质电子的得失守恒是解题的关键，同时结合中间值确定反应产物．该题对抽象思维能力要求较高，很容易感觉无从下笔，难度较大．