题目内容
【题目】铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料,已知Pb的化合价只有0、+2、+4。回答下列问题:
(1)PbO2和PbO的混合物中,Pb和O的物质的量之比为8:11,则混合物中,PbO2和PbO的物质的量之比为___。
(2)用足量的CO还原13.7g某铅氧化物,把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中,得到的沉淀干燥后质量为8.0g,则此铅氧化物的化学式可表示为___。
(3)PbO2具有强氧化性,能氧化浓HCl生成Cl2,+4价的Pb被还原成+2价的Pb,+2价的Pb不具备该性质,据下列信息回答问题:①将amolPbO2加热分解一段时间,生成PbO和O2;②将①所得固体加入足量的浓盐酸,收集产生的Cl2;已知在①加热一段时间后剩余的固体中,+2价的Pb占铅元素质量分数为x;则反应过程中生成的氧气和氯气物质的量总和是多少___?
(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如图所示,已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%((即样品起始质量—a点固体质量)/样品起始质量×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO,列式计算x值和m:n值___、___。
【答案】3:5 Pb3O4和PbO2·2PbO a(1-)mol x=1.4 m:n=2:3
【解析】
(1)设混合物中PbO2和PbO的物质的量分别为xmol和ymol,然后根据铅和氧的物质的量之比求解;
(2)沉淀干燥后质量8.0g为CaCO3的质量,据此求出CO2的物质的量,根据CO2的物质的量计算出铅氧化物中氧原子的物质的量及氧元素的质量,再计算出铅元素的质量即铅原子的物质的量,据此书写化学式;
(3)根据氧化还原反应的本质电子得失守恒求出n(O2)、n(Cl2),即得生成的氧气和氯气物质的量总和x的函数关系;
(4)若a点固体组成表示为PbOx,根据PbO2PbOx+O2↑列方程计算x的值;若组成表示为mPbO2nPbO,则O原子与Pb原子的比值为x,据此计算解答。
(1)设混合物中PbO2和PbO的物质的量分别为xmol和ymol,则(x+y):(2x+y)=8:11,解之得x:y=3:5;
(2)沉淀干燥后质量8.0g为碳酸钙质量,所以碳酸钙的物质的量为。氧化物中的氧原子被CO夺取生成CO2。根据碳元素、氧元素守恒,可知CO~O~CO2~CaCO3,所以铅氧化物中的氧原子的物质的量为0.08mol。氧元素的质量为0.08mol×16g/mol=1.28g,所以铅氧化物中的铅元素的质量为13.7g﹣1.28g=12.42g,铅原子的物质的量为=0.06mol。所以铅氧化物中铅原子与氧原子的物质的量之比为0.06mol:0.08mol=3:4,则此铅氧化物的化学式可表示为Pb3O4和PbO2·2PbO;
(3)根据题意:amolPbO2分解所得混合物中n(Pb2+)=axmol、n(Pb4+)=(1-x)amol。在反应过程中amolPbO2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,Pb的化合价从+4降低到+2,n(Pb2+)=axmol,则得到电子的物质的量为2axmol;O的化合价从-2升高到0,生成1molO2需要失去4mol电子,得n(O2)=amol=amol。后再与足量的浓盐酸反应生成Cl2,剩余的Pb(4价)全部转化为+2价,n(Pb4+)=(1-x)amol,则得到电子的物质的量为2(1-x)amol,生成1molCl2,需要转移2mol电子,得n(Cl2)=mol=(1-x)amol,所以n(O2)+n(Cl2)=amol+(1-x)amol=(1-)amol;
(4)若a点固体组成表示为PbOx,根据PbO2PbOx+O2↑有:×32=239×4.0%,解得x=1.4,若组成表示为mPbO2nPbO,则O原子与Pb原子的比值为x,则=1.4,整理得m:n=2:3。