Question

9．工業(yè)上從廢鉛蓄電池的鉛膏回收鉛的過程中，可用碳酸鹽溶液與處理后的鉛膏（主要成分為PbSO₄）發(fā)生反應(yīng)：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(yīng)的實驗條件及固體產(chǎn)物的成分．
（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$
（2）室溫時，向兩份相同的PbSO₄樣品中分別加入同體積、同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化．在Na₂CO₃溶液中PbSO₄轉(zhuǎn)化率較大，理由是相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大
（3）查閱文獻(xiàn)：上述反應(yīng)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(chǎn)物（不考慮PbSO₄）的成分提出如下假設(shè)．請你完成假設(shè)二和假設(shè)三：
假設(shè)一：全部為PbCO₃；
假設(shè)二：全部為2PbCO₃•Pb（OH）₂；
假設(shè)三：PbCO₃與2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物．
（4）為驗證假設(shè)一是否成立，課題組進行如下研究：
①定性研究：請你完成表中內(nèi)容

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）	預(yù)期的實驗現(xiàn)象和結(jié)論
取一定量樣品充分干燥，然后將樣品加熱分解，將產(chǎn)生的氣體依次通過盛有無水硫酸銅的干燥管和盛有澄清石灰水的燒瓶	若無水硫酸銅不變藍(lán)色，澄清石灰水變渾濁，說明樣品全部是PbCO3

②定量研究：取26.7mg的干燥樣品，加熱，測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如下圖．某同學(xué)由圖中信息得出結(jié)論：假設(shè)一不成立．你是否同意該同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由：同意，若全部為PbCO₃，26.7g完全分解后，其固體質(zhì)量為22.3g．

Answer 1

分析 （1）PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出計算式；
（2）根據(jù)反應(yīng)達(dá)到的平衡分析：PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq），增大碳酸根離子濃度平衡正向進行，促進硫酸鉛轉(zhuǎn)化；
（3）依據(jù)題干信息可知，PbSO₄轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)化時能生成碳酸鉛，也能生成堿式碳酸鉛；
（4）依據(jù)碳酸鉛分解生成PbO，CO₂，堿式碳酸鉛分解生成PbO、CO₂、H₂O，生成的產(chǎn)物不同設(shè)計實驗進行驗證，有水生成移動不是碳酸鉛；

解答 解：（1）反應(yīng)平衡常數(shù)是用各反應(yīng)物和生成物濃度計算表示，固體和純液體的濃度是定值不出現(xiàn)在表達(dá)式中，平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$，故答案為：$\frac{c（S{O}_{4}^{2-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$；
（2）在溶液中Na₂CO₃能完全電離生成碳酸根離子，而碳酸氫根離子微弱電離生成碳酸根離子，所以相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，碳酸鈉溶液中碳酸根離子濃度大，PbSO₄轉(zhuǎn)化率較大；
故答案為：Na₂CO₃；相同濃度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）較大；
（3）依據(jù)題干信息可知，PbSO₄轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)化時能生成碳酸鉛，也能生成堿式碳酸鉛，故所得產(chǎn)物有三種可能情況：一是全部為碳酸鉛，二是全部為堿式碳酸鉛，三是兩者都有；
故答案為：全部為2PbCO₃•Pb（OH）₂；PbCO₃與2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物；
（4）①因為碳酸鉛分解生成PbO，CO₂，堿式碳酸鉛分解生成PbO、CO₂、H₂O，故只要分析產(chǎn)物中是否有水生成就可以判斷假設(shè)一是否成立；
故答案為：

實驗步驟	預(yù)期的實驗現(xiàn)象和結(jié)論
取一定量樣品充分干燥，然后將樣品加熱分解，將產(chǎn)生的氣體依次通過盛有無水硫酸銅的干燥管和盛有澄清石灰水的燒瓶	若無水硫酸銅不變藍(lán)色，澄清石灰水變渾濁，說明樣品全部是PbCO3

②同意，因為若全部為PbCO₃，26.7g完全分解后，n（PbCO₃）=$\frac{26.7g}{267g/mol}$=0.1mol，則分解產(chǎn)生的PbO的質(zhì)量為22.3g；或不同意，實驗最終達(dá)到固體的質(zhì)量與全部為碳酸鉛分解所得固體質(zhì)量相差不大，可能是實驗過程中產(chǎn)生的誤差引起的；
故答案為：同意，若全部為PbCO₃，26.7g完全分解后，其固體質(zhì)量為22.3g．

點評 本題以沉淀溶解平衡為切入點考查了平衡移動原理以及分析圖象和數(shù)據(jù)處理能力，實驗設(shè)計方案的思路和實驗步驟，難度較大．