Question

二氧化锰是常见的催化剂，碳酸锰热分解法是目前制备二氧化锰的主要方法，其反应原理为：
①2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂．经研究发现该反应过程为：②MnCO₃═MnO+CO₂，③2MnO+O₂═2MnO₂．
（1）试写出反应①的平衡常数表达式K₁=

 

，K1与反应②、③的平衡常数K₂、K₃关系为

 

．
（2）反应③在低温下能自发进行，则其△H

 

0（填“＞”、“＜”、“=”）．
（3）某科研小组对碳酸锰热分解法制二氧化锰的条件（焙烧温度和气氛）进行了研究．获得三幅图（如图所示）．则制备焙烧温度为

 

，气氛条件为

 

．

（4）图2中是在常压下获得的数据，试在图2中用虚线画出10MPa下反应温度与转化率的关系图．
（5）MnO₂也可在MnSO₄-H₂SO₄-H₂O为体系的电解液中电解获得，其阳极电极反应式为

 

，电解后溶液的pH将

 

（填“增大”、“减小“或不变“）．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,反应热和焓变,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）生成物浓度的幂之积比上反应浓度的幂之积，固体不代入表达式；①为方程②③之和，所以K₁=K₂×K₃；
（2）反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，反应自发进行，△H-T△S＞0，反应非自发进行；
（3）由图分析在在指定温度下和水分含量下碳酸锰转化率要高；
（4）对反应2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂正反应是气体体积缩小的反应，所以增大压强平衡逆向转化率变小；
（5）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价，产生大量的氢离子．

解答： 解：（1）反应①的平衡常数表达式K1=

C2(CO2)

C(O2)

，K1与反应②、③的平衡常数K₂、K₃关系为：①为方程②的系扩大2倍后与③之和所以K₁=K₂²×K₃，故答案为：

C2(CO2)

C(O2)

；K₁=K₂²×K₃；
（2）反应③在低温下能，只有△H＜0，△G＜0反应自发，故答案为：＜；
（3）由图2分析，在350℃左右碳酸锰转化率比较高，由图3可知水分含量的30%左右碳酸锰转化率比较高（或20%-40%都正确），故答案为：350℃（或325-375℃都正确）；30%（或20%-40%都正确）；
（4）对反应2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂正反应是气体体积缩小的反应，所以增大压强平衡逆向转化率变小，所以图为（在原实线下即可），故答案为：；
（5）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价，电极反应为Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，产生大量的氢离子，电解后溶液的pH将减小，故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；   减小．

点评：本题考查化学平衡常数的含义，平衡移动、电化学相关知识，综合性强，学生要有一定的化学基本功才能解决．