Question

【题目】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HCl生成Cl2；PbO2不稳定，随温度升高按下列顺序逐步分PbO2→Pb2O3→Pb3O4→PbO．现将a mol PbO2加热分解，收集产生的O2；向加热后所得固体中加入足量的浓盐酸，收集产生的Cl2 ． 加热反应后所得固体中，Pb2+占Pb元素的物质的量分数为x；两步反应中收集的O2和Cl2的物质的量之和为y mol．试回答下列问题：
（1）试写出Pb2O3与浓盐酸反应的化学方程式 ．
（2）用含x与a的表达式表示产生的O2、Cl2的物质的量n（O2）= ， n（Cl2）= ．
（3）写出y与a、x的函数关系式： ．
（4）若两步反应中O2和Cl2的物质的量之比为5：3，则剩余固体中含有的物质为；其物质的量之比为 ．
（5）PbO2和Pb经常作制造蓄电池的原材料，铅蓄电池的工作原理：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O．现有一种生产NH4NO3的新工艺，电解NO制备NH4NO3 ， 其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3 ， 需补充物质A，A是 ， 说明理由： ． 生产1吨硝酸铵需消耗Pb的物质的量是kg（保留到整数）．

Answer 1

【答案】
（1）Pb2O3+6HCl（浓）═2PbCl2+Cl2↑+3H2O
（2） mol；（1﹣x）a
（3）y=（1﹣ ）amol
（4）Pb3O4、PbO；3：4
（5）NH3；根据总反应式：8NO+7H2O 4NH4NO3+2HNO3 ， 电解产生的HNO3多；3881
【解析】解：（1）Pb2O3中Pb的化合价只有+3，且+3价的Pb具有氧化性，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并根据化合价升降法配平该氧化还原反应，得出Pb2O3+6HCl（浓）═2PbCl2+Cl2↑+3H2O，所以答案是：Pb2O3+6HCl（浓）═2PbCl2+Cl2↑+3H2O；（2）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）= a= amol；后再与足量的浓盐酸反应生成Cl2 ， 得n（Cl2）=a× =（1﹣x）a mol，所以答案是： mol；a（1﹣x）mol；（3）y=n（O2）+n（Cl2）= mol+（1﹣x）a mol=（1﹣ ）amol，所以答案是：y=（1﹣ ）amol；（4）若两步反应中O2和Cl2的物质的量之比为5：3，根据上述分析：n（O2）=a× =mol，n（Cl2）=a（1﹣x）mol，即 ：（1﹣x）=5：3，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+）=10：3，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PbOPbO2 ， Pb3O4可表示为2PbOPbO2 ， 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+）=10：3，介于3：1和4：1之间，所以此时剩余固体包括Pb3O4、PbO两种物质，设剩余固体中Pb3O4物质的量为a、PbO物质的量为b，
得n（pb2+）=2a+b，n（pb4+）=a，则（2a+b）：a=10：3
解得a：b=3：4，即Pb3O4：PbO=3：4，
所以答案是：Pb3O4、PbO；3：4；（5）电解NO制备NH4NO3 ， 由图可知乙为阳极反应为NO﹣3e﹣+2H2O=NO3﹣+4H+ ， 甲为阴极反应为：NO+5e﹣+6H+=NH4++H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3﹣的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3 ， 因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3 ， 需补充NH3；
由电子守恒可知：5NH4NO3～～～15e﹣～～～ Pb
5×80 ×207
1000kg xkg
解得x= =3881kg；
所以答案是：NH3；根据总反应式：8NO+7H2O 4NH4NO3+2HNO3 ， 电解产生的HNO3多；3881．