Question

9．工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏（主要成分为PbSO₄）发生反应：PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）═PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．某课题组用PbSO₄为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分．
（1）上述反应的平衡常数表达式：K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$
（2）室温时，向两份相同的PbSO₄样品中分别加入同体积、同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可实现上述转化．在Na₂CO₃溶液中PbSO₄转化率较大，理由是相同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）较大
（3）查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅[2PbCO₃•Pb（OH）₂]，它和PbCO₃受热都易分解生成PbO．该课题组对固体产物（不考虑PbSO₄）的成分提出如下假设．请你完成假设二和假设三：
假设一：全部为PbCO₃；
假设二：全部为2PbCO₃•Pb（OH）₂；
假设三：PbCO₃与2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物．
（4）为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究：
①定性研究：请你完成表中内容

实验步骤（不要求写出具体操作过程）	预期的实验现象和结论
取一定量样品充分干燥，然后将样品加热分解，将产生的气体依次通过盛有无水硫酸铜的干燥管和盛有澄清石灰水的烧瓶	若无水硫酸铜不变蓝色，澄清石灰水变浑浊，说明样品全部是PbCO3

②定量研究：取26.7mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如下图．某同学由图中信息得出结论：假设一不成立．你是否同意该同学的结论，并简述理由：同意，若全部为PbCO₃，26.7g完全分解后，其固体质量为22.3g．

Answer 1

分析 （1）PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．依据平衡常数概念写出计算式；
（2）根据反应达到的平衡分析：PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根离子浓度平衡正向进行，促进硫酸铅转化；
（3）依据题干信息可知，PbSO₄转在转化时能生成碳酸铅，也能生成碱式碳酸铅；
（4）依据碳酸铅分解生成PbO，CO₂，碱式碳酸铅分解生成PbO、CO₂、H₂O，生成的产物不同设计实验进行验证，有水生成移动不是碳酸铅；

解答 解：（1）反应平衡常数是用各反应物和生成物浓度计算表示，固体和纯液体的浓度是定值不出现在表达式中，平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$，故答案为：$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$；
（2）在溶液中Na₂CO₃能完全电离生成碳酸根离子，而碳酸氢根离子微弱电离生成碳酸根离子，所以相同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，碳酸钠溶液中碳酸根离子浓度大，PbSO₄转化率较大；
故答案为：Na₂CO₃；相同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）较大；
（3）依据题干信息可知，PbSO₄转在转化时能生成碳酸铅，也能生成碱式碳酸铅，故所得产物有三种可能情况：一是全部为碳酸铅，二是全部为碱式碳酸铅，三是两者都有；
故答案为：全部为2PbCO₃•Pb（OH）₂；PbCO₃与2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物；
（4）①因为碳酸铅分解生成PbO，CO₂，碱式碳酸铅分解生成PbO、CO₂、H₂O，故只要分析产物中是否有水生成就可以判断假设一是否成立；
故答案为：

实验步骤	预期的实验现象和结论
取一定量样品充分干燥，然后将样品加热分解，将产生的气体依次通过盛有无水硫酸铜的干燥管和盛有澄清石灰水的烧瓶	若无水硫酸铜不变蓝色，澄清石灰水变浑浊，说明样品全部是PbCO3

②同意，因为若全部为PbCO₃，26.7g完全分解后，n（PbCO₃）=$\frac{26.7g}{267g/mol}$=0.1mol，则分解产生的PbO的质量为22.3g；或不同意，实验最终达到固体的质量与全部为碳酸铅分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的；
故答案为：同意，若全部为PbCO₃，26.7g完全分解后，其固体质量为22.3g．

点评 本题以沉淀溶解平衡为切入点考查了平衡移动原理以及分析图象和数据处理能力，实验设计方案的思路和实验步骤，难度较大．