Question

4．PbI₂是生產(chǎn)新型敏化太陽能電池的敏化劑--甲胺鉛碘的原料．合成PbI₂的實(shí)驗(yàn)流程如圖1：

（1）將鉛塊制成鉛花的目的是增大與酸的接觸面，加快溶解反應(yīng)速率．
（2）31.05g鉛花用5.00mol•L^-1的硝酸溶解，至少需消耗5.00mol•L^-1硝酸80.0mL，同時產(chǎn)生2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）NO．
（3）取一定質(zhì)量（CH₃COO）₂Pb•nH₂O樣品在N₂氣氛中加熱，測得樣品固體殘留率（$\frac{固體樣品的剩余質(zhì)量}{固體樣品的起始質(zhì)量}$×100%）隨溫度的變化如圖2所示（已知：樣品在75℃時已完全失去結(jié)晶水）．
①（CH₃COO）₂Pb•nH₂O中結(jié)晶水?dāng)?shù)目n=3（填數(shù)字）．
②100～200℃間分解產(chǎn)物為鉛的氧化物和一種有機(jī)物，則該有機(jī)物為（CH₃CO）₂O（寫結(jié)構(gòu)簡式）．
（4）稱取一定質(zhì)量的PbI₂固體，用蒸餾水配制成室溫時的飽和溶液，準(zhǔn)確移取25.00mLPbI₂飽和溶液分次加入陽離子交換樹脂RH中，發(fā)生：2RH（s）+Pb²⁺（aq）=R₂Pb（s）+2H⁺（aq），用錐形瓶接收流出液，最后用蒸餾水淋洗樹脂至流出液呈中性，將洗滌液合并到錐形瓶中．加入2～3滴酚酞溶液，用0.002500mol•L^-1NaOH溶液滴定，到滴定終點(diǎn)時用去氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．計算室溫時PbI₂ 的Ksp （請給出計算過程）．

Answer 1

分析 本題以工業(yè)用鉛制碘化鉛流程為載體，主要考查根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理和原子守恒計算能力．
（1）鉛塊制成鉛花為了增大表面積，根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素去分析；
（2）鉛溶解于稀硝酸的反應(yīng)方程式為3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO+4H₂O，根據(jù)溶解的鉛的物質(zhì)的量可計算消耗的硝酸溶液及生成NO的體積；
（3）①可假設(shè)起始固體質(zhì)量為100g，則加熱到75℃時完全失去結(jié)晶水的質(zhì)量就是固體減輕的質(zhì)量，求算出水的物質(zhì)的量及醋酸鉛的物質(zhì)的量，根據(jù)兩者的物質(zhì)的量之比可確定n的值；
②醋酸鉛繼續(xù)加熱分解剩余固體為鉛的氧化物，可根據(jù)剩余固體質(zhì)量及鉛、碳原子守恒來確定有機(jī)物的摩爾質(zhì)量，推測有機(jī)物的分子組成；
（4）根據(jù)酸堿中和的原理可計算出溶液中的H+的濃度，并結(jié)合關(guān)系式確定溶液里Pb2+的濃度，再計算Ksp．

解答 解：（1）將鉛塊制成鉛花，是為了增大與酸反應(yīng)的接觸面積，加快溶解反應(yīng)速率，
故答案為：增大與酸的接觸面，加快溶解反應(yīng)速率；
（2）31.05g鉛的物質(zhì)的量為$\frac{31.05g}{207g/mol}$=0.15mol，根據(jù)反應(yīng)方程式可知消耗的HNO₃的物質(zhì)的量為0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，生成的NO的物質(zhì)的量為0.15mol×$\frac{2}{3}$=0.1mol，則硝酸溶液的體積為0.4mol÷5.00mol•L^-1=0.08L=80.0mL，生成NO的體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：80.0；2.24；
（3）①假設(shè)樣品的起始質(zhì)量為100克，根據(jù)固體殘留率的公式可知，75℃時剩余固體為85.75克，生成的水質(zhì)量為100g-85.75g=14.25g，則醋酸鉛與水的物質(zhì)的量之比為$\frac{85.75g}{325g/mol}$：$\frac{14.25g}{18g/mol}$=1：3，則n=3，
故答案為：3；
②鉛的氧化物質(zhì)量為58.84克，醋酸鉛的物質(zhì)的量為=$\frac{85.75g}{325g/mol}$=$\frac{85.75}{325}$mol，根據(jù)鉛原子守恒，鉛的氧化物（PbO_x）的物質(zhì)的量為$\frac{85.75}{325}$mol，此氧化物的摩爾質(zhì)量為$\frac{58.84g}{\frac{85.75}{325}mol}$=223g/mol，為PbO，有機(jī)物的質(zhì)量為85.75g-58.84g=26.91g，此有機(jī)物分子內(nèi)應(yīng)含有四個碳原子，物質(zhì)的量為$\frac{85.75}{325}$mol，摩爾質(zhì)量=$\frac{26.91g}{\frac{85.75}{325}mol}$mol=102，根據(jù)原子守恒可知有機(jī)物的分子式為C₄H₆O₃，結(jié)構(gòu)簡式為（CH₃CO）₂O，
故答案為：（CH₃CO）₂O；
（4）n（H⁺）=n（NaOH）=0.002500 mol•L^-1×20.00mL×10^-3L•mL^-1=5.000×10^-5mol
n[Pb²⁺（aq）]=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=2.500×10^-5mol
c（Pb²⁺）=$\frac{2.500×1{0}^{-5}mol}{25.00ml×1{0}^{-3}L/ml}$=1.000×10^-3 mol•L^-1
Ksp（PbI₂）=c（Pb²⁺）•c²（I^-）=4c³（Pb²⁺）=4×（1.000×10^-3）³=4.000×10^-9，
答：n（H⁺）=n（NaOH）=0.002500 mol•L^-1×20.00mL×10^-3L•mL^-1=5.000×10^-5mol
n[Pb²⁺（aq）]=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=2.500×10^-5mol
c（Pb²⁺）=$\frac{2.500×1{0}^{-5}mol}{25.00ml×1{0}^{-3}L/ml}$=1.000×10^-3 mol•L^-1
Ksp（PbI₂）=c（Pb²⁺）•c²（I^-）=4c³（Pb²⁺）=4×（1.000×10^-3）³=4.000×10^-9．

點(diǎn)評 本題以制備碘化鉛為載體，重點(diǎn)考查學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，難度較大，對學(xué)生的分析問題，解決問題的能力要求較高，建議適當(dāng)訓(xùn)練類似題目．