Question

20．PbI₂（亮黃色粉末）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的實驗流程如圖1：

（1）將鉛塊制成鉛花的目的是增大與酸的接觸面積，加快溶解反應速率．
（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80mL．
（3）取一定質量（CH₃COO）₂Pb•nH₂O樣品在N₂氣氛中加熱，測得樣品固體殘留率）（$\frac{固體樣品的剩余質量}{固體樣品的起始質量}$×100%）隨溫度的變化如圖2所示（已知：樣品在75℃時已完全失去結晶水）．

①（CH₃COO）₂Pb•nH₂O中結晶水數(shù)目n=3（填整數(shù)）．
②100～200℃間分解產(chǎn)物為鉛的氧化物和一種有機物，則該有機物為C₄H₆O₃（寫分子式）．
（4）稱取一定質量的PbI₂固體，用蒸餾水配制成室溫時的飽和溶液，準確移取25.00mL PbI₂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，到滴定終點時用去氫氧化鈉標準溶液20.00mL．則室溫時PbI₂ 的Ksp為4.000×10^-9．
（5）探究濃度對碘化鉛沉淀溶解平衡的影響．
該化學小組根據(jù)所提供試劑設計兩個實驗，來說明濃度對沉淀溶解平衡的影響．
提供試劑：NaI飽和溶液、NaCl飽和溶液、FeCl₃ 飽和溶液、PbI₂飽和溶液、PbI₂懸濁液．
信息提示：Pb²⁺和Cl^-能形成較穩(wěn)定的PbCl₄^2-絡離子．
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實驗內(nèi)容	實驗方法	實驗現(xiàn)象及原因分析
①碘離子濃度增大對平衡的影響	取PbI2飽和溶液少量于一支試管中，再滴入幾滴NaI飽和溶液	現(xiàn)象：溶液中c（I-）增大，使Q大于了PbI2的Ksp
②鉛離子濃度減小對平衡的影響	取PbI2懸濁液少量于一支試管中，再加入少量NaCl飽和溶液	現(xiàn)象：黃色渾濁消失 原因：形成PbCl42-，導致溶液中c（Pb2+）減小，使Qc小于PbI2的Ksp
③鉛離子和碘離子濃度都減小對平衡的影響	在PbI2懸濁液中滴入幾滴FeCl3飽和溶液	現(xiàn)象：黃色渾濁消失 寫出反應的離子方程式：PbI2+2Fe3++4Cl-=PbCl42-+2Fe2++I2

Answer 1

分析 （1）反應物接觸面積越大其反應速率越快；
（2）鉛溶解于稀硝酸的反應方程式為3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，根據(jù)Pb和硝酸之間的關系式計算消耗的硝酸；
（3）①可假設起始固體質量為100g，則加熱到75℃時完全失去結晶水的質量就是固體減輕的質量，求算出水的物質的量及醋酸鉛的物質的量，根據(jù)兩者的物質的量之比可確定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)剩余固體質量及鉛、碳原子守恒來確定有機物的摩爾質量，推測有機物的分子組成；
（4）根據(jù)酸堿中和的原理可計算出溶液中的c（H⁺），并結合關系式確定溶液里c（Pb²⁺），再計算Ksp；
（5）影響化學平衡移動的因素-濃度：增大反應物（減小生成物）濃度，向著正向進行，增大生成物（減小反應物）濃度平衡向左進行．

解答 解：（1）反應物接觸面積越大其反應速率越快，將鉛塊制成鉛花增大反應物接觸面積，則反應速率盡快，
故答案為：增大與酸的接觸面積，加快溶解反應速率；
（2）31.05g鉛的物質的量為$\frac{31.05g}{207g/mol}$=0.15mol，根據(jù)反應方程式3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知消耗的n（HNO₃）=0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，則硝酸溶液的體積為0.4mol÷5.00mol•L^-1=0.08L=80.0mL，故答案為：80；
（3）①假設樣品的起始質量為100克，根據(jù)固體殘留率的公式可知，75℃時剩余固體為87.75克，生成的水質量為100g-87.75g=12.25g，則醋酸鉛與水的物質的量之比為$\frac{85.75g}{325g/mol}$：$\frac{12.25g}{18g/mol}$=1：3，則n=3，
故答案為：3；
②鉛的氧化物質量為58.84克，醋酸鉛的物質的量為=$\frac{85.75g}{325g/mol}$=$\frac{85.75}{325}$mol，根據(jù)鉛原子守恒，鉛的氧化物（PbO_x）的物質的量為$\frac{85.75}{325}$mol，此氧化物的摩爾質量為$\frac{58.84g}{\frac{85.75}{325}mol}$=223g/mol，為PbO，有機物的質量為85.75g-58.84g=26.91g，此有機物分子內(nèi)應含有四個碳原子，物質的量為$\frac{85.75}{325}$mol，摩爾質量=$\frac{26.91g}{\frac{85.75}{325}mol}$=102g/mol，根據(jù)原子守恒可知有機物的分子式為C₄H₆O₃，故答案為：C₄H₆O₃；
（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：4.000×10^-9；
（5）②取PbI₂懸濁液少量于一支試管中，再加入少量NaCl飽和溶液，形成PbCl₄^2-，導致溶液中c（Pb²⁺）減小，平衡逆向移動，碘化鉛溶解，導致黃色渾濁消失；
③在PbI₂懸濁液中滴入幾滴FeCl₃飽和溶液，發(fā)生氧化還原反應PbI₂+2Fe³⁺+4Cl^-=PbCl₄^2-+2Fe²⁺+I₂，碘化鉛溶解，導致黃色渾濁消失，故答案為：

實驗內(nèi)容	實驗方法	實驗現(xiàn)象及原因分析
	取PbI2懸濁液少量于一支試管中，再加入少量NaCl飽和溶液	現(xiàn)象：黃色渾濁消失 原因：形成PbCl42-，導致溶液中c（Pb2+）減小，使Qc小于PbI2的Ksp
		PbI2+2Fe3++4Cl-=PbCl42-+2Fe2++I2

點評 本題考查制備實驗方案設計，為高頻考點，涉及反應速率影響因素、難溶物溶解平衡、氧化還原反應、溶度積計算等知識點，側重考查學生分析計算能力，注意（2）（5）題的有關計算和分析，為難點，注意碘離子和鐵離子能發(fā)生氧化還原反應．