Question

5．錳元素廣泛分布在自然界中，其單質(zhì)和化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用．
（1）金屬錳可用鋁熱法制得．已知Al的燃燒熱為ckJ•mol^-1，其余相關(guān)熱化學(xué)方程式為：
3MnO₂（s）═Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=akJ•mol^-1
3Mn₃O₄（s）+8Al（s）═9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=bkJ•mol^-1
則3MnO₂（s）+4Al（s）═3Mn（s）+2Al₂O₃（s）△H=（a+$\frac{1}{3}$b-$\frac{4}{3}$c）kJ•mol^-1（用含a、b、c的代數(shù)式表示）
（2）MnCO₃廣泛用作錳鹽原料．通過圖1裝置焙燒MnCO₃可以制取MnO₂，反應(yīng)方程式為：
2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）．
①2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$．
②用真空抽氣泵不斷抽氣的目的除保證反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行外，還能使平衡正向移動(dòng)，提高M(jìn)nCO₃的轉(zhuǎn)化率．
（3）MnSO₂常用作催化劑．MnO₂催化降解甲醛的反應(yīng)機(jī)理如圖2所示，圖中X表示的粒子是HCO₃^-，該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O．
（4）MnSO₄是重要微量元素肥料．用惰性電極電解MnSO₄溶液可以制得更好活性的MnO₂，電解時(shí)總反應(yīng)的離子方程式為Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺，電解過程中陰極附近的pH增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）已知：①．3MnO₂（s）═Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=akJ•mol^-1
②．3Mn₃O₄（s）+8Al（s）═9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=bkJ•mol^-1
由Al的燃燒熱可得：③．Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③可得：3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
②用真空抽氣泵不斷抽氣，可增大空氣量，減少生成物濃度，平衡正向移動(dòng)；
（3）氧離子與-CHO轉(zhuǎn)化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個(gè)過程是甲醛氧化生成二氧化碳與水；
（4）用惰性電極電解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Mn²⁺失去電子轉(zhuǎn)化為MnO₂，由氧元素守恒可知有水參與反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水放電生成氫氣（還會(huì)生成氫氧根離子），配平書寫電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）已知：①．3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②．3Mn₃O₄（s）+8Al（s）=9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=b kJ•mol^-1
由Al的燃燒熱可得：③．Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=-c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③可得：3MnO₂（s）+4Al（s）═3Mn（s）+2Al₂O₃（s），則△H=（a+$\frac{1}{3}$b-$\frac{4}{3}$c） kJ•mol^-1，
故答案為：a+$\frac{1}{3}$b-$\frac{4}{3}$c；
（2）①2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO（g）的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$；
②用真空抽氣泵不斷抽氣，可增大空氣量，減少生成物濃度，平衡正向移動(dòng)，可提高M(jìn)nCO₃的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：使平衡正向移動(dòng)，提高M(jìn)nCO₃的轉(zhuǎn)化率；
（3）氧離子與-CHO轉(zhuǎn)化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個(gè)過程是甲醛氧化生成二氧化碳與水，可得該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為：HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O，
故答案為：HCO₃^-；HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O；
（4）用惰性電極電解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Mn²⁺失去電子轉(zhuǎn)化為MnO₂，陰極水得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，總反應(yīng)離子方程式為：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺，陰極附近氫氧根濃度增大，則電解過程中陰極附近的pH增大，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺；增大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、化學(xué)平衡常數(shù)及影響因素、電解原理等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)遷移運(yùn)用，難度中等．