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通过计算确定y与x的函数关系式．

 

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

考点：氧化还原反应的计算

专题：

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；
（2）根据题意，确定反应物为PbO₂，生成物为Pb₃O₄和O₂，结合方程式计算；
（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．

解答： 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，
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 3PbO₂

△   .

Pb₃O₄+O₂，
设生成氧气物质的量为x，
3PbO₂

△   .

Pb₃O₄+O₂
3mol          1mol
amol             x
解得：x═

a

3

mol
则V（O₂）═

a

3

mol×22.4L/mol═

22.4a

3

L，
故答案为：

22.4a

3

；
（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）=

2xmol

4

=

x

2

mol；
后再与足量的浓盐酸反应生成Cl₂，得n（Cl₂）=

(1-x)mol×2

2

=（1-x） mol，
则 y=n（O₂）+n（Cl₂）=

x

2

mol+（1-x） mol=（1-

x

2

）mol，
故答案为：y=（1-

x

2

）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）=

2xmol

4

=

x

2

mol，n（Cl₂）=

(1-x)mol×2

2

=（1-x） mol，
即

x

2

：（1-x）=3：5，
解得：x=

6

11

，
则剩余固体中含pb²⁺的物质的量分数为

6

11

，含pb⁴⁺的物质的量分数为

5

11

，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．

点评：本题考查氧化还原反应知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，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，难度较大．