Question

5．MnO₂是常見的氧化劑、催化劑和活性電極材料．
（1）工業(yè)上，以惰性材料為電極，電解MnSO₄溶液（含少量稀硫酸）制備MnO₂．寫出陽極的電極反應式：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．
（2）已知如下熱化學方程式（K代表平衡常數(shù)）：
①MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H₁  K₁
②2MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）△H₂  K₂
③2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H₃  K₃
△H₃=2△H₁+△H₂（用△H₁、△H₂表示） K₃=K₁²•K₂（用K₁、K₂表示）．
（3）反應②在低溫條件下能自發(fā)進行，則△H₂＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（4）在密閉容器中投入足量的MnCO₃，-定條件下發(fā)生反應：MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H＞0．在一定溫度下，達到平衡狀態(tài)時ρ（CO₂）=2a  MPa．
①溫度、壓強對MnCO₃分解率的影響如圖所示：比較：L₁＞L₂（填“＞”“＜”或“=”）．
②保持溫度不變，將容器體積擴大至原來的2倍，則ρ（CO₂）的變化范圍是aMPa＜ρ（CO₂）≤2aMPa．
③保持溫度不變，將容器體積壓縮至原來的一半，達到新平衡時下列物理量-定不變的是AB（填代號）．
A．平衡常數(shù)K     B．c（CO₂）C．n（CO₂）   D．m（MnCO₃）
（5）-定溫度下，在容積為2L的恒容密閉容器中加人足量的MnCO₃（s）和5molO₂，發(fā)生反應：2MnCO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），CO₂以平均速率0.1mol•L^-1•min^-1經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài)．該條件下該反應的平衡常數(shù)K為0.5mol．L^-1．

Answer 1

分析 （1）以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極錳離子放電，生成二氧化錳，結合電荷守恒和原子守恒書寫；
（2）①MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H₁  K₁
②2MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）△H₂  K₂
③2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H₃  K₃
蓋斯定律計算①×2+②得到③，平衡常數(shù)等于生成物濃度的冪之積比上反應濃度的冪之積，固體不代入表達式；
（3）反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（4）①圖象分析可知，反應前后氣體體積增大，增大壓強平衡逆向進行，碳酸錳分解率減小，則x為壓強，L為溫度，反應為吸熱反應，升溫平衡正向進行；
②保持溫度不變，將容器體積擴大至原來的2倍，壓強減小，平衡正向進行；
③保持溫度不變，將容器體積壓縮至原來的一半，濃度增大，壓強增大平衡逆向進行；
（5）結合化學平衡三行計算列式計算平衡狀態(tài)下氣體濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$×100%．

解答 解：（l）陽極發(fā)生氧化反應，錳由+2價變成+4價，電極反應為Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（2）①MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H₁  K₁
②2MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）△H₂  K₂
③2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H₃  K₃
蓋斯定律計算①×2+②得到③，△H₃=2△H₁+△H₂，K₃=K₁²•K₂，
故答案為：2△H₁+△H₂；  K₁²•K₂；
（3）2MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s），△S＜0，反應②在低溫條件下能自發(fā)進行則△H＜0，才能滿足△H-T△S＜0，
故答案為：＜；
（4）①圖象分析可知，反應前后氣體體積增大，增大壓強平衡逆向進行，碳酸錳分解率減小，則x為壓強，L為溫度，反應為吸熱反應，升溫平衡正向進行碳酸錳分解率增大，所以L₁＞L₂，
故答案為：＞；   
②在一定溫度下，達到平衡狀態(tài)時ρ（CO₂）=2a MPa．保持溫度不變，將容器體積擴大至原來的2倍，濃度減小為原來的一半，壓強減小為原來的一半，壓強減小平衡正向進行，ρ（CO₂）的變化范圍是a MPa＜ρ（CO₂）≤2a MPa，
故答案為：a MPa＜ρ（CO₂）≤2a MPa；
  ③保持溫度不變，將容器體積壓縮至原來的一半，MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H＞0．
A．平衡常數(shù)只隨溫度變化，不隨壓強變化，故A正確；
 B．溫度不變平衡常數(shù)不變，則c（CO₂）不變，故B正確；
C．增大壓強平衡逆向進行，二氧化碳物質的量n（CO₂）減小，故C錯誤；
 D．增大壓強平衡逆向進行，m（MnCO₃）質量增大，故D錯誤；
故答案為：AB；
（5）-定溫度下，在容積為2L的恒容密閉容器中加人足量的MnCO₃（s）和5molO₂，發(fā)生反應：2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），CO₂以平均速率0.1mol•L^-1•min^-1經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài)．生成二氧化碳濃度=0.1mol•L^-1•min^-1×10min=1mol/L，
       2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），
起始量（mol/L）     2.5                                  0
變化量（mol/L）     0.5                                 1
平衡量（mol/L）    2.0                                  1
該條件下該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{{1}^{2}}{2.0}$=0.55mol．L^-1 ，
故答案為：0.5mol．L^-1．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、平衡常數(shù)計算、影響化學反應速率和化學平衡的因素、圖象的理解應用等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．