Question

7．工業(yè)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(fā)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=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$．
（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(xiàn)上述轉化，在Na₂CO₃溶液中PbSO₄轉化率較大，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：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：全部為2PbCO₃•Pb（OH）₂；
假設三：PbCO₃與2PbCO₃•Pb（OH）₂的混合物．
（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(xiàn)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：同意若全部為PbCO₃，26.7mg完全分解后，其固體質量為22.3mg．

Answer 1

分析 （1）PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）．依據平衡常數概念寫出計算式；
（2）根據反應達到的平衡分析：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，促進硫酸鉛轉化；
（3）依據題干信息可知，PbSO₄轉在轉化時能生成碳酸鉛，也能生成堿式碳酸鉛；
（4）依據碳酸鉛分解生成PbO，CO₂，堿式碳酸鉛分解生成PbO、CO₂、H₂O，生成的產物不同設計實驗進行驗證，有水生成移動不是碳酸鉛．

解答 解：（1）反應平衡常數是用各反應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)在表達式中，平衡常數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）依據題干信息可知，PbSO₄轉在轉化時能生成碳酸鉛，也能生成堿式碳酸鉛，故所得產物有三種可能情況：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，可取一定量樣品充分干燥，然后將樣品加熱分解，將產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色，澄清石灰水變渾濁，說明樣品全部是PbCO₃，
故答案為：

實驗步驟	預期的實驗現(xiàn)象和結論
取一定量樣品充分干燥，然后將樣品加熱分解，將產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PbCO₃，26.7mg完全分解后，n（PbCO₃）=$\frac{26.7g}{267g/mol}$×10^-3=0.0001mol，則分解產生的PbO的質量為22.3mg，或不同意，實驗最終達到固體的質量與全部為碳酸鉛分解所得固體質量相差不大，可能是實驗過程中產生的誤差引起的，
故答案為：同意；若全部為PbCO₃，26.7mg完全分解后，其固體質量為22.3mg．

點評 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．