Question

9．工業(yè)上從廢鉛蓄電池的鉛膏回收鉛的過(guò)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(guò)程，探究上述反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(duì)固體產(chǎn)物（不考慮PbSO₄）的成分提出如下假設(shè)．請(qǐng)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(yàn)證假設(shè)一是否成立，課題組進(jìn)行如下研究：
①定性研究：請(qǐng)你完成表中內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)步驟（不要求寫(xiě)出具體操作過(guò)程）	預(yù)期的實(shí)驗(yàn)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(guò)盛有無(wú)水硫酸銅的干燥管和盛有澄清石灰水的燒瓶	若無(wú)水硫酸銅不變藍(lán)色，澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明樣品全部是PbCO3

②定量研究：取26.7mg的干燥樣品，加熱，測(cè)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(jiǎn)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(xiě)出計(jì)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(jìn)行，促進(jìn)硫酸鉛轉(zhuǎn)化；
（3）依據(jù)題干信息可知，PbSO₄轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)化時(shí)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(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，有水生成移動(dòng)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(jì)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(shí)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?yàn)樘妓徙U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(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期的實(shí)驗(yàn)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(guò)盛有無(wú)水硫酸銅的干燥管和盛有澄清石灰水的燒瓶	若無(wú)水硫酸銅不變藍(lán)色，澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明樣品全部是PbCO3

②同意，因?yàn)槿羧�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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)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(diǎn)評(píng) 本題以沉淀溶解平衡為切入點(diǎn)考查了平衡移動(dòng)原理以及分析圖象和數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的思路和實(shí)驗(yàn)步驟，難度較大．