Question

4．PbI₂是生产新型敏化太阳能电池的敏化剂--甲胺铅碘的原料．合成PbI₂的实验流程如图1：

（1）将铅块制成铅花的目的是增大与酸的接触面，加快溶解反应速率．
（2）31.05g铅花用5.00mol•L^-1的硝酸溶解，至少需消耗5.00mol•L^-1硝酸80.0mL，同时产生2.24L（标准状况下）NO．
（3）取一定质量（CH₃COO）₂Pb•nH₂O样品在N₂气氛中加热，测得样品固体残留率（$\frac{固体样品的剩余质量}{固体样品的起始质量}$×100%）随温度的变化如图2所示（已知：样品在75℃时已完全失去结晶水）．
①（CH₃COO）₂Pb•nH₂O中结晶水数目n=3（填数字）．
②100～200℃间分解产物为铅的氧化物和一种有机物，则该有机物为（CH₃CO）₂O（写结构简式）．
（4）称取一定质量的PbI₂固体，用蒸馏水配制成室温时的饱和溶液，准确移取25.00mLPbI₂饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH中，发生：2RH（s）+Pb²⁺（aq）=R₂Pb（s）+2H⁺（aq），用锥形瓶接收流出液，最后用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性，将洗涤液合并到锥形瓶中．加入2～3滴酚酞溶液，用0.002500mol•L^-1NaOH溶液滴定，到滴定终点时用去氢氧化钠标准溶液20.00mL．计算室温时PbI₂ 的Ksp （请给出计算过程）．

Answer 1

分析 本题以工业用铅制碘化铅流程为载体，主要考查根据化学反应原理和原子守恒计算能力．
（1）铅块制成铅花为了增大表面积，根据影响反应速率的因素去分析；
（2）铅溶解于稀硝酸的反应方程式为3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO+4H₂O，根据溶解的铅的物质的量可计算消耗的硝酸溶液及生成NO的体积；
（3）①可假设起始固体质量为100g，则加热到75℃时完全失去结晶水的质量就是固体减轻的质量，求算出水的物质的量及醋酸铅的物质的量，根据两者的物质的量之比可确定n的值；
②醋酸铅继续加热分解剩余固体为铅的氧化物，可根据剩余固体质量及铅、碳原子守恒来确定有机物的摩尔质量，推测有机物的分子组成；
（4）根据酸碱中和的原理可计算出溶液中的H+的浓度，并结合关系式确定溶液里Pb2+的浓度，再计算Ksp．

解答 解：（1）将铅块制成铅花，是为了增大与酸反应的接触面积，加快溶解反应速率，
故答案为：增大与酸的接触面，加快溶解反应速率；
（2）31.05g铅的物质的量为$\frac{31.05g}{207g/mol}$=0.15mol，根据反应方程式可知消耗的HNO₃的物质的量为0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，生成的NO的物质的量为0.15mol×$\frac{2}{3}$=0.1mol，则硝酸溶液的体积为0.4mol÷5.00mol•L^-1=0.08L=80.0mL，生成NO的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案为：80.0；2.24；
（3）①假设样品的起始质量为100克，根据固体残留率的公式可知，75℃时剩余固体为85.75克，生成的水质量为100g-85.75g=14.25g，则醋酸铅与水的物质的量之比为$\frac{85.75g}{325g/mol}$：$\frac{14.25g}{18g/mol}$=1：3，则n=3，
故答案为：3；
②铅的氧化物质量为58.84克，醋酸铅的物质的量为=$\frac{85.75g}{325g/mol}$=$\frac{85.75}{325}$mol，根据铅原子守恒，铅的氧化物（PbO_x）的物质的量为$\frac{85.75}{325}$mol，此氧化物的摩尔质量为$\frac{58.84g}{\frac{85.75}{325}mol}$=223g/mol，为PbO，有机物的质量为85.75g-58.84g=26.91g，此有机物分子内应含有四个碳原子，物质的量为$\frac{85.75}{325}$mol，摩尔质量=$\frac{26.91g}{\frac{85.75}{325}mol}$mol=102，根据原子守恒可知有机物的分子式为C₄H₆O₃，结构简式为（CH₃CO）₂O，
故答案为：（CH₃CO）₂O；
（4）n（H⁺）=n（NaOH）=0.002500 mol•L^-1×20.00mL×10^-3L•mL^-1=5.000×10^-5mol
n[Pb²⁺（aq）]=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=2.500×10^-5mol
c（Pb²⁺）=$\frac{2.500×1{0}^{-5}mol}{25.00ml×1{0}^{-3}L/ml}$=1.000×10^-3 mol•L^-1
Ksp（PbI₂）=c（Pb²⁺）•c²（I^-）=4c³（Pb²⁺）=4×（1.000×10^-3）³=4.000×10^-9，
答：n（H⁺）=n（NaOH）=0.002500 mol•L^-1×20.00mL×10^-3L•mL^-1=5.000×10^-5mol
n[Pb²⁺（aq）]=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=2.500×10^-5mol
c（Pb²⁺）=$\frac{2.500×1{0}^{-5}mol}{25.00ml×1{0}^{-3}L/ml}$=1.000×10^-3 mol•L^-1
Ksp（PbI₂）=c（Pb²⁺）•c²（I^-）=4c³（Pb²⁺）=4×（1.000×10^-3）³=4.000×10^-9．

点评 本题以制备碘化铅为载体，重点考查学生的数据处理能力，难度较大，对学生的分析问题，解决问题的能力要求较高，建议适当训练类似题目．