Question

2．四氧化三錳（Mn₃O₄）在電子工業(yè)有廣泛應(yīng)用．
（1）金屬錳與氧氣在一定條件下反應(yīng)可以制得Mn₃O₄，反應(yīng)原理如圖所示．
石墨為正極，該電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-（或O₂+2H₂O+4NH₄⁺+4e^-=4NH₃•H₂O）．
（2）Mn₃O₄的一種工業(yè)制法：在常溫下，往硫酸錳溶液中加入氨水，
控制溶液的pH 為10，使Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn（OH）₂ 沉淀，過(guò)濾，在NH₄Cl 溶液
催化下通入氧氣將濾渣氧化為Mn₃O₄．
①濾液中Mn²⁺的濃度為1.9×10^-5mol/L（Ksp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13）．
②濾渣轉(zhuǎn)化為Mn₃O₄的化學(xué)方程式為6Mn（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;NH_{4}Cl\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6H₂O．
（3）加熱MnCO₃會(huì)同時(shí)發(fā)生如下三個(gè)反應(yīng)：

序號(hào)	反應(yīng)	△H（kJ•mol-1）	K
			300°C	800°C
Ⅰ	MnCO3（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）?MnO2（s）+CO2（g）	a	3.0×107	1.8×105
Ⅱ	MnCO3（s）+$\frac{1}{4}$O2（g）?$\frac{1}{2}$Mn2O3（s）+CO2（g）	b	1.7×103	2.4×105
Ⅲ	MnCO3（s）+$\frac{1}{6}$O2（g）?$\frac{1}{3}$Mn3O4（s）+CO2（g）	c	9.8	9.6×104

①a＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②已知2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=d kJ•mol^-1，則3MnO₂+2CO（g）?Mn₃O₄（s）+2CO₂（g） 的△H=（3c+b-3a）kJ/mol．
③在300℃條件下加熱MnCO₃ 制取Mn₃O₄ 并不合適，理由是：該溫度下生成Mn₃O₄的反應(yīng)平衡常數(shù)小，Mn₃O₄不是主要產(chǎn)物．800℃時(shí)，Mn₂O₃（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?MnO₂（s） 的平衡常數(shù)K=$\frac{9}{16}$．

Answer 1

分析 （1）Mn電極中Mn失去電子生成Mn₃O₄，做原電池負(fù)極，則石墨電極為原電池正極，通入空氣反應(yīng)，O₂參加電極反應(yīng)，據(jù)此寫(xiě)出電極反應(yīng)式；
（2）①常溫下，往硫酸錳溶液中加入氨水，控制溶液的pH 為10，使Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn（OH）₂ 沉淀，根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算；
②濾渣轉(zhuǎn)化為Mn₃O₄，濾渣為Mn（OH）₂，被O₂氧化成Mn₃O₄；
（3）①反應(yīng)I中，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，表明正反應(yīng)趨勢(shì)減小，溫度升高可使化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)；
②根據(jù)蓋斯定律計(jì)算所求反應(yīng)的焓變；
③從化學(xué)平衡常數(shù)角度分析原因，根據(jù)多重平衡規(guī)則計(jì)算所求反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)．

解答 解：（1）Mn電極中Mn失去電子生成Mn₃O₄，做原電池負(fù)極，則石墨電極為原電池正極，
通入空氣反應(yīng)，O₂參加電極反應(yīng)，則該電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-（或O₂+2H₂O+4NH₄⁺+4e^-=4NH₃•H₂O），
故答案為：正；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-（或O₂+2H₂O+4NH₄⁺+4e^-=4NH₃•H₂O）；
（2）①常溫下，往硫酸錳溶液中加入氨水，控制溶液的pH 為10，使Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn（OH）₂ 沉淀，溶液中c（OH^-）=10^-4mol/L，則溶液中c（Mn²⁺）=$\frac{{K}_{sp}[Mn（OH）_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1{0}^{-4}）^{2}}$=1.9×10^-5mol/L，
故答案為：1.9×10^-5mol/L；
②濾渣轉(zhuǎn)化為Mn₃O₄，濾渣為Mn（OH）₂，被O₂氧化成Mn₃O₄，則濾渣轉(zhuǎn)化為Mn₃O₄的化學(xué)方程式為：6Mn（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;NH_{4}Cl\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6H₂O，
故答案為：6Mn（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;NH_{4}Cl\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6H₂O；
（3）①反應(yīng)I中，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，表明正反應(yīng)趨勢(shì)減小，溫度升高可使化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，a＜0，
故答案為：＜；
②反應(yīng)為：3MnO₂+2CO（g）?Mn₃O₄（s）+2CO₂（g），該反應(yīng)可由3×III+II-3×I得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=3△H₃+△H₂-3△H₁=（3c+b-3a）kJ/mol，
故答案為：（3c+b-3a）kJ/mol；
③在300℃條件下加熱MnCO₃ 制取Mn₃O₄ 并不合適，從化學(xué)平衡常數(shù)角度分析，制取Mn₃O₄的反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)較小，因此主產(chǎn)物不是Mn₃O₄，
800℃時(shí)，Mn₂O₃（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?2MnO₂（s），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為K=$\frac{1}{{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$，根據(jù)多重平衡規(guī)則，K=$（\frac{{K}_{I}}{{K}_{II}}）^{2}$=$\frac{9}{16}$，
故答案為：該溫度下生成Mn₃O₄的反應(yīng)平衡常數(shù)小，Mn₃O₄不是主要產(chǎn)物；$\frac{9}{16}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)原理部分知識(shí)，包含原電池，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，溶度積常數(shù)的計(jì)算，氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，考查的知識(shí)點(diǎn)較為全面，試題有助于培養(yǎng)分析問(wèn)題的能力，均為高頻考點(diǎn)和重點(diǎn)，平時(shí)應(yīng)注意訓(xùn)練，題目難度中等．