Question

（13分）工業上從廢鉛酸電池的鉛膏回收鉛的過程中，可用碳酸鹽溶液與鉛膏（主要成分為PbSO₄）發生反應：PbSO₄(s)+CO₃^2—(aq)PbCO₃(s)+SO₄^2—(aq)。某課題組用PbSO₄為原料模擬該過程，探究上述反應的實驗條件及固體產物的成分。

（1）上述反應的平衡常數表達式：K＝                。

（2）室溫時，向兩份相同的樣品中分別加入同體積、同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可實現上述轉化，在        溶液中PbSO₄轉化率較大，理由是               。

（3）查閱文獻：上述反應還可能生成堿式碳酸鉛[2PbCO₃·Pb(OH)₂]，它和PbCO₃受熱都易分解生成PbO。該課題組對固體產物（不考慮PbSO₄）的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三：

假設一：全部為PbCO₃；

假設二：                  ；

假設三：                  。

（4）為驗證假設一是否成立，課題組進行如下研究。

①定性研究：請你完成下表中內容。

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）	預期的實驗現象和結論
取一定量樣品充分干燥，……

②定量研究：取26.7mg的干燥樣品，加熱，測的固體質量隨溫度的變化關系如下圖。某同學由圖中信息得出結論：假設一不成立。你是否同意該同學的結論，并簡述理由：      

                                                              。

 

Answer 1

【答案】

⑴K= c(SO₄^2－)/c(CO₃^2－)  

⑵ Na₂CO₃  Na₂CO₃溶液中c(CO2－3)大  

⑶全部為2PbCO₃·Pb(OH)₂       PbCO₃與2PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物

⑷①

實驗步驟	預期的實驗現象和結論
充分加熱樣品分解，將產生的氣體通過盛有無水硫酸銅的干燥管。	若無水硫酸銅不變藍色，則假設一成立； 若無水硫酸銅變藍色，則假設一不成立。

②同意  若全部為PbCO₃，26.7 mg完全分解后，其固體質量為22.3m g （其他答案合理均可）

【解析】⑴平衡常數表達式中的各物質的濃度為平衡濃度，且固體及純液體的濃度為定值，不列在平衡常數表達式中，因此根據反應方程式容易寫出反應的平衡常數表達式：K= c(SO₄^2－)/c(CO₃^2－)  。⑵HCO－3難電離，相同濃度時，Na₂CO₃溶液中CO2－3濃度遠大于NaHCO₃溶液中CO2－3的濃度，根據平衡移動原理CO2－3濃度大，平衡向正向移動，有利于PbSO₄的轉化。⑶根據信息及假設一，不難推出假設二和假設三分別為全部為PbCO₃·Pb(OH)₂、PbCO₃與PbCO₃·Pb(OH)₂的混合物。⑷①若固體中含Pb(OH)₂，則其受熱分解會生成水，而PbCO₃受熱分解不會生成水，因此只需檢驗固體受熱分解有無水生成即可，而水的檢驗可用無水硫酸銅。②根據PbCO₃PbO＋CO₂↑，26.7 mg 全部分解得到的PbO：26.7mg/267 g·mol－1×223 g·mol－1     ＝22.3m g＜22.4m g，若26.7m g全為 Pb(OH)₂分解得到的PbO: 25.8mg＞22.4m g，因此假設一不成立。

考點定位：本題屬假設型實驗題，以鉛蓄電池的鉛回收為情境，將化學平衡、沉淀的轉化、實驗探究、計算等內容融合在一起，主要考查學生對化學反應原理的掌握及運用相關知識對實驗提出假設和設計實驗方案的能力，考查運用文字表達分析解決問題過程并做出合理解釋的能力。