已知:Pb的化合价只有+2、+4,且+4价的Pb具有强氧化性,能氧化浓盐酸生成C12;
(1)写出Pb3O4与浓盐酸反应的化学方程式______.
(2)PbO2不稳定,随温度升高按下列顺序逐步分PbO2→Pb2O3→Pb3O4→PbO.若加热分解后所得到的固体全部为Pb3O4,现将a mol PbO2加热分解,则加热过程中放出O2______L(标准状况下);
(3)现将1mol PbO2加热分解,收集产生的O2,加热分解后所得固体中,pb2+占Pb元素的物质的量分数为x;再向加热所得固体中加入足量的浓盐酸,收集产生的C12,收集到O2和C12的物质的量之和为y mol.
试回答下列问题:
①确定y与x的函数关系式为______.
②若两步反应中O2和Cl2的物质的量之比为3:5,则剩余固体中含有的物质为______,其物质的量之比为______.
(1)Pb3O4中Pb的化合价只有+2、+4,再根据化合价代数和等于零,求得Pb的总化合价为+8价,即可确定Pb3O4中有一个+4价、有两个+2价,且+4价的Pb具有强氧化性,能氧化浓盐酸生成C12,本身被还原成+2价Pb,生成PbC12,
根据元素守恒得反应物与生成物:Pb3O4+HCl(浓)→PbCl2+Cl2↑+H2O,根据化合价升降法配平该氧化还原反应,
Pb3O4中一个+4价的Pb降低到+2价,降低2价;HCl(浓)中-1价的Cl上升到0价生成Cl2,上升1价×2,所以Pb3O4和Cl2前面的计量数都为1,根据原子守恒配平其它物质前计量数,得各物质前计量数为1、8、3、1、4,故方程式为Pb3O4+8HCl(浓)═3PbCl2+Cl2↑+4H2O,
故答案为:Pb3O4+8HCl(浓)═3PbCl2+Cl2↑+4H2O;
(2)根据题意,确定反应物为PbO2,生成物为Pb3O4和O2,因此方程式为 3PbO2
Pb3O4+O2, △ .
设生成氧气物质的量为x,
3PbO2
Pb3O4+O2 △ .
3mol 1mol
amol x
解得:x═
mola 3
则V(O2)═
mol×22.4L/mol═a 3
L,22.4a 3
故答案为:
L;22.4a 3
(3)①根据题意:1mol PbO2分解所得混合物中n(Pb2+)=x mol、n(Pb4+)=(1-x) mol.在反应过程中1mol PbO2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,得n(O2)═
═2xmol 4
mol;x 2
后再与足量的浓盐酸反应生成Cl2,得n(Cl2)═
═(1-x) mol,(1-x)mol×2 2
则 y═n(O2)+n(Cl2)═
mol+(1-x) mol═(1-x 2
)mol,x 2
故答案为:y═(1-
)mol;x 2
②若两步反应中O2和Cl2的物质的量之比为3:5,
根据上述分析:n(O2)═
═2xmol 4
mol,n(Cl2)═x 2
═(1-x) mol(1-x)mol×2 2
即
:(1-x)═3:5,x 2
解得:x═
,6 11
则剩余固体中含pb2+的物质的量分数为
,含pb4+的物质的量分数为6 11
,即n(pb2+):n(pb4+)═6:5,5 11
由题意,PbO2不稳定逐步分解顺序:PbO2→Pb2O3→Pb3O4→PbO.因为Pb的化合价只有+2、+4,所以Pb2O3可表示为
PbO•PbO2,Pb3O4可表示为2PbO•PbO2,各氧化物中n(pb2+):n(pb4+)的比值关系为:
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
根据剩余固体中n(pb2+):n(pb4+)═6:5,介于1:1和2:1之间,可推出剩余固体中所含物质为Pb2O3、Pb3O4.
设剩余固体中Pb2O3物质的量为a、Pb3O4物质的量为b,
得n(pb2+)═a+2b,n(pb4+)═a+b,
则(a+2b):(a+b)═6:5
解得a:b═4:1,即(Pb2O3):(Pb3O4)═4:1,
故答案为:Pb2O3、Pb3O4;4:1.