Question

已知：Pb的化合價只有+2、+4，且+4價的Pb具有強氧化性，能氧化濃HCl生成Cl₂；PbO₂不穩(wěn)定，隨溫度升高按下列順序逐步分解：PbO₂→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO．現(xiàn)將a mol PbO₂加熱分解，收集產(chǎn)生的O₂；向加熱后所得固體中加入足量的濃鹽酸，收集產(chǎn)生的Cl₂．加熱反應(yīng)后所得固體中，Pb²⁺占Pb元素的物質(zhì)的量分數(shù)為x；兩步反應(yīng)中收集的O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之和為y mol．
試回答下列問題：
（1）試寫出Pb₂O₃與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式

Pb₂O₃+6HCl（濃）═2PbCl₂+Cl₂↑+3H₂O

．
（2）用含X與a的表達式表示產(chǎn)生的O₂、Cl₂的物質(zhì)的量n（O₂）=

ax

2

mol

   n（Cl₂）=

a（1-x）mol

（3）寫出y與a、x的函數(shù)關(guān)系式．

y=a（1-

x

2

）

（4）若兩步反應(yīng)中O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之比為5：3，則剩余固體中含有的物質(zhì)為

Pb₃O₄、PbO

；其物質(zhì)的量之比為

3：4

．

Answer 1

分析：（1）Pb₂O₃中+3價的Pb具有強氧化性，能氧化濃鹽酸，+3價的Pb被濃鹽酸還原成+2價，確定生成物PbC1₂、C1₂、H₂O，再配平可得化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)題意，確定反應(yīng)物為PbO₂，寫出方程式，再利用方程式進行計算求解；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)電子得失守恒求出n（O₂）、n（Cl₂），即得y與x的函數(shù)關(guān)系；
（4）根據(jù)兩步反應(yīng)中O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之比為3：5，求出x的值，確定出n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）的比值，再設(shè)法求解即可．

解答：解：（1）Pb₂O₃中Pb的化合價只有+3，且+3價的Pb具有氧化性，能氧化濃鹽酸生成C1₂，本身被還原成+2價Pb，生成PbC1₂，根據(jù)元素守恒得反應(yīng)物與生成物并根據(jù)化合價升降法配平該氧化還原反應(yīng)，得出Pb₂O₃+6HCl（濃）═2PbCl₂+Cl₂↑+3H₂O，故答案為：Pb₂O₃+6HCl（濃）═2PbCl₂+Cl₂↑+3H₂O；
（2）根據(jù)題意：1mol PbO₂分解所得混合物中n（Pb²⁺）=x mol、n（Pb⁴⁺）=（1-x） mol．在反應(yīng)過程中1mol PbO₂中+4價的Pb具有強氧化性作氧化劑，
+4價的Pb最終全部降低為+2價，根據(jù)得失電子守恒：先加熱分解生成O₂，得n（O₂）=

2x

4

a=

x

2

amol；
后再與足量的濃鹽酸反應(yīng)生成Cl₂，得n（Cl₂）=a×

(1-x)×2

2

=（1-x）a mol，
故答案為：

ax

2

mol；a（1-x）mol；
（3）y=n（O₂）+n（Cl₂）=

x

2

mol+（1-x）a mol=（1-

x

2

）amol，
故答案為：y=（1-

x

2

）amol；
（4）若兩步反應(yīng)中O₂和Cl₂的物質(zhì)的量之比為5：3，根據(jù)上述分析：n（O₂）=a×

x

2

=mol，n（Cl₂）=a（1-x）mol，即 

x

2

：（1-x）=5：3，
解得：x═

10

13

，則剩余固體中含pb²⁺的物質(zhì)的量分數(shù)為

10

13

，含pb⁴⁺的物質(zhì)的量分數(shù)為

3

13

，即n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）═10：3，
由題意，PbO₂不穩(wěn)定逐步分解順序：PbO₂→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO．因為Pb的化合價只有+2、+4，所以Pb₂O₃可表示為
PbO?PbO₂，Pb₃O₄可表示為2PbO?PbO₂，各氧化物中n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）的比值關(guān)系為：
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
根據(jù)剩余固體中n（pb²⁺）：n（pb⁴⁺）═10：3，介于3：1和4：1之間，所以此時剩余固體包括Pb₃O₄、PbO兩種物質(zhì)，．
設(shè)剩余固體中Pb₃O₄物質(zhì)的量為a、PbO物質(zhì)的量為b，
得n（pb²⁺）═2a+b，n（pb⁴⁺）═a，
則（2a+b）：a═10：3
解得a：b═3：4，即Pb₃O₄：PbO=3：4，
故答案為：Pb₃O₄、PbO；3：4．

點評：本題考查氧化還原反應(yīng)知識，利用化合價升降法配平，抓住本質(zhì)電子的得失守恒是解題的關(guān)鍵，同時結(jié)合中間值確定反應(yīng)產(chǎn)物．該題對抽象思維能力要求較高，很容易感覺無從下筆，難度較大．