Question

19．锰元素广泛分布在自然界中，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用．
（1）金属锰可用铝热法制得．已知Al的燃烧热为c kJ•mol^-1，其余相关热化学方程式为：
3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=a kJ•mol^-1
3Mn₃O₄（s）+8Al（s）=9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=b kJ•mol^-1
则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的代数式表示）．
（2）MnCO₃广泛用作锰盐原料．通过图1装置焙烧MnCO₃可以制取MnO₂，反应方程式为：2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）．

①2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）的化学平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$．
②用真空抽气泵不断抽气的目的除保证反应持续进行外，还有使平衡正向移动，提高MnCO₃的转化率．
（3）MnO₂常用作催化剂．MnO₂催化降解甲醛的反应机理如图2所示，图中X表示的粒子是HCO₃^-，该反应的总反应方程式为HCHO+O₂=CO₂+H₂O．
（4）MnSO₄是重要微量元素肥料．用惰性电极电解MnSO₄溶液可以制得更好活性的MnO₂，电解时总反应的离子方程式为：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺，电解过程中阴极附近的pH增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律计算；
（2）①化学平衡常数表达式等于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；
②用真空抽气泵不断抽气，可增大空气量，减少生成物浓度，平衡正向移动；
（3）根据图示X加H⁺生成CO₂和H₂O解答；
（4）用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，阳极发生氧化反应，Mn²⁺失去电子转化为MnO₂，由氧元素守恒可知有水参与反应，配平书写电极反应式．

解答 解：（1）根据盖斯定律，①3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=a kJ•mol^-1②3Mn₃O₄（s）+8Al（s）=9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=b kJ•mol^-1③Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=c kJ•mol^-1，则3MnO₂（s）+4Al（s）=3Mn（s）+2Al₂O₃（s）△H=①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③=（a+$\frac{1}{3}$b+$\frac{4}{3}$c） kJ•mol^-1，
故答案为：a+$\frac{1}{3}$b+$\frac{4}{3}$c；
 （2）①化学平衡常数表达式等于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，则K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$； 
②用真空抽气泵不断抽气，可增大空气量，减少生成物浓度，平衡正向移动，可提高MnCO₃的转化率，故答案为：使平衡正向移动，提高MnCO₃的转化率；
（3）根据图示X加H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，根据图示可得该反应的总反应方程式为：HCHO+O₂=CO₂+H₂O，故答案为：HCO₃^-；HCHO+O₂=CO₂+H₂O；
（4）用惰性电极电解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，阳极发生氧化反应，Mn²⁺失去电子转化为MnO₂，阴极水得电子发生还原反应生成氢气，氢氧根浓度增大，则电解过程中阴极附近的pH增大，
故答案为：Mn²⁺+2H₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺；增大．

点评 本题主要考查盖斯定律计算反应热，及平衡常数表达式、电解基本原理，题目难度不大，注意固体不代入平衡常数表达式．