Question

5．元素周期表中ⅣA族的元素又称为碳族元素．包含碳、硅、锗（Ge）、锡（Sn）和铅（Pb）．同一主族元素的结构和性质具有相似性和递变性．
（1）有机物均含碳元素，甲烷为最简单的有机物．检验甲烷完全燃烧后的产物需用的试剂为澄清石灰水、无水硫酸铜（填试剂名称）．
（2）硅为无机非金属材料的主角，写出二氧化硅的一种工业用途制光导纤维．
（3）亚锡离子（Sn²⁺）与Fe³⁺反应生成Sn⁴⁺，反应的离子方程式为Sn²⁺+2Fe³⁺=Sn⁴⁺+2Fe²⁺
（4）PbO₂为褐色粉末，随温度升高会逐步分解：PbO₂→Pb_xO_x→PbO（Pb_xO_y表示不同温度下铅的氧化物的化学式）．
己知，23.90gPbO₂在不同温度下残留固体（均为纯净物）的质量见表

温度/℃	T1	T2	T3	T4
残留固体质量/g	23.90	23.10	22.94	22.30

分别求出T₂℃和T₃℃时的Pb_xO_y，并写出由T₂℃升高到T₃℃过程中反应的化学方积式Pb₅O₇$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$5PbO+O₂↑．（写出必要的计算过程，否则不得分）．

Answer 1

分析 （1）甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，实验室常用澄清石灰水检验二氧化碳，用无水硫酸铜检验水；
（2）二氧化硅的工业用途是制光导纤维；
（3）亚锡离子和铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子和Sn⁴⁺，根据反应物和生成物书写离子方程式；
（4）T₂℃和T₃℃时的Pb_xO_y质量分别是23.10g、22.94g，反应过程中变化的质量是O元素质量，23.90gPbO₂的物质的量=$\frac{23.9g}{239g/mol}$=0.1mol根据化学式知，n（Pb）=0.1mol、n（O）=0.2mol，T₁℃-T₂℃中固体减少n（O）=$\frac{（23.90-23.10）g}{16g/mol}$=0.05mol，则还剩余n（O）=0.2mol-0.05mol=0.15mol；
T₂℃-T₃℃中固体减少n（O）=$\frac{（23.10-22.94）g}{16g/mol}$=0.01mol，则还剩余n（O）=0.2mol-0.05mol-0.01mol=0.14mol；
T₃℃-T₄℃中固体减少n（O）=$\frac{（22.94-22.30）g}{16g/mol}$=0.04mol，则还剩余n（O）=0.2mol-0.05mol-0.01mol-0.04mol=0.1mol；
同一化学式中，各元素物质的量之比等于原子个数之比，据此分析解答．

解答 解：（1）甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，实验室常用澄清石灰水检验二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，用无水硫酸铜检验水，水蒸气能使无水硫酸铜变蓝色，
故答案为：澄清石灰水；无水硫酸铜；
（2）二氧化硅的工业用途是制光导纤维，故答案为：光导纤维；
（3）亚锡离子和铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子和Sn⁴⁺，根据反应物和生成物书写离子方程式为Sn²⁺+2Fe³⁺=Sn⁴⁺+2Fe²⁺，
故答案为：Sn²⁺+2Fe³⁺=Sn⁴⁺+2Fe²⁺；
（4）T₂℃和T₃℃时的Pb_xO_y质量分别是23.10g、22.94g，反应过程中变化的质量是O元素质量，23.90gPbO₂的物质的量=$\frac{23.9g}{239g/mol}$=0.1mol根据化学式知，n（Pb）=0.1mol、n（O）=0.2mol，T₁℃-T₂℃中固体减少n（O）=$\frac{（23.90-23.10）g}{16g/mol}$=0.05mol，则还剩余n（O）=0.2mol-0.05mol=0.15mol，同一化学式中，各元素物质的量之比等于原子个数之比，则Pb、O原子个数之比=0.1mol：0.15mol=2：3，该氧化物化学式为Pb₂O₃；
T₂℃-T₃℃中固体减少n（O）=$\frac{（23.10-22.94）g}{16g/mol}$=0.01mol，则还剩余n（O）=0.2mol-0.05mol-0.01mol=0.14mol，则Pb、O原子个数之比=0.1mol：0.14mol=5：7，该氧化物化学式为Pb₅O₇；
T₃℃-T₄℃中固体减少n（O）=$\frac{（22.94-22.30）g}{16g/mol}$=0.04mol，则还剩余n（O）=0.2mol-0.05mol-0.01mol-0.04mol=0.1mol，则Pb、O原子个数之比=0.1mol：0.1mol=1：1，该氧化物化学式为PbO；
则T₂℃-T₃℃发生的化学反应方程式为Pb₅O₇$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$5PbO+O₂↑，
故答案为：Pb₂O₃；Pb₅O₇；Pb₅O₇$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$5PbO+O₂↑．

点评 本题考查元素化合物知识，为高频考点，涉及物质检验、化学式判断等知识点，知道常见气体检验方法及现象，难点是（4）题化学式确定，题目难度不大．