Question

10．二氧化錳是化學(xué)工業(yè)中常用的氧化劑和有機(jī)合成中的催化劑，其主要制備方法是碳酸錳和O₂高溫下反應(yīng)，反應(yīng)原理為2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）．經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)過程為①M(fèi)nCO₃（s）?MnO（s）+CO₂ （g）   ②2MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）．
回答下列問題：
（1）某溫度下該平衡體系的壓強(qiáng)為P，CO₂、O₂的物質(zhì)的量分別為n₁和n₂，用平衡分壓代替平衡濃度，寫出碳酸錳和O₂高溫下反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{P{{n}_{1}}^{2}}{{n}_{2}（{n}_{1}+{n}_{2}）}$（用P、n₁、n₂表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）；K與反應(yīng)①、②的平衡常數(shù)K₁、K₂關(guān)系為K=K₁²×K₂．
（2）反應(yīng)②在一定條件下能自發(fā)進(jìn)行，則其△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）某科研小組對(duì)碳酸錳和O₂高溫下反應(yīng)制二氧化錳的條件（焙燒溫度和氣氛）進(jìn)行了研究，獲得如下三幅圖．則該制備反應(yīng)合適的焙燒溫度為350℃，合適的水分含量氣氛條件為含水量30%．

（4）MnO₂也可在MnSO₄-H₂SO₄-H₂O為體系的電解液中電解獲得，其陽極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，電解后溶液的pH將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）生成物濃度的冪之積比上反應(yīng)濃度的冪之積，固體不代入表達(dá)式；2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂為方程①②之和，所以K=K₁×K₂；
（2）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△H-T△S＞0，反應(yīng)非自發(fā)進(jìn)行；
（3）由圖分析在在指定溫度下和水分含量下碳酸錳轉(zhuǎn)化率要高；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，錳由+2價(jià)變成+4價(jià)，產(chǎn)生大量的氫離子．

解答 解：（1）反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達(dá)式K1=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$=$\frac{（{P×\frac{{n}_{1}}{{n}_{1}+{n}_{2}}）}^{2}}{P×\frac{{n}_{2}}{{n}_{1}+{n}_{2}}}$=$\frac{P{{n}_{1}}^{2}}{{n}_{2}（{n}_{1}+{n}_{2}）}$，K與反應(yīng)①、②的平衡常數(shù)K₁、K₂關(guān)系為：2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂為方程①的系擴(kuò)大2倍后與②之和所以K=K₁²×K₂，
故答案為：=$\frac{P{{n}_{1}}^{2}}{{n}_{2}（{n}_{1}+{n}_{2}）}$；K=K₁²×K₂；
（2）反應(yīng)②在低溫下能，只有△H＜0，△G＜0反應(yīng)自發(fā)，
故答案為：＜；
（3）由圖2分析，在350℃左右碳酸錳轉(zhuǎn)化率比較高，由圖3可知水分含量的30%左右碳酸錳轉(zhuǎn)化率比較高（或20%-40%都正確），
故答案為：350℃；含水量30%；
（4）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，錳由+2價(jià)變成+4價(jià)，電極反應(yīng)為Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，產(chǎn)生大量的氫離子，電解后溶液的pH將減小，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的含義，平衡移動(dòng)、電化學(xué)相關(guān)知識(shí)，題目難度中等，試題綜合性強(qiáng)，學(xué)生要有一定的化學(xué)基本功才能解決，試題培養(yǎng)了學(xué)生的靈活應(yīng)用能力．