Question

2．二氧化锰是常见的化学物质，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=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，K₁与反应②的平衡常数K₂及反应③的平衡常数K₃关系为K₁=K₂²×K₃．
（2）反应③在低温下能自发进行，则其△H＜0．
（3）MnO₂也可以惰性材料为电极，MnSO₄-H₂SO₄-H₂O体系为电解液，在阳极电解获得，其阳极电极反应式为Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，电解后溶液的pH将减小（填“增大”、“减少”或“不变”）．
（4）MnO₂可做碱性锌锰干电池的正极材料，写出该电池的正极反应式MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-．

Answer 1

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）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价，结合反应产生大量的氢离子判断电解后溶液pH变化；
（4）原电池的负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，MnO₂可做碱性锌锰干电池的正极材料，则二氧化锰得到电子生成MnOOH，据此写出正极的电极反应式．

解答 解：（1）反应①的平衡常数表达式K₁=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，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，所以平衡常数K₁=K₂²×K₃，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$；K₁=K₂²×K₃；
（2）反应③2MnO+O₂?2MnO₂为气体体积缩小的反应，其熵变△S＜0，该反应在低温下能够自发进行，则满足△H-T△S＜0，说明△H必须＜0，
只有△H＜0，△G＜0反应自发，
故答案为：＜；
（3）电解池的阳极失去电子发生氧化反应，Mn²⁺由+2价变成+4价的MnO₂，其电极反应为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，由于反应中产生大量的氢离子，导致电解后溶液的pH将减小，
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺； 减小；
（4）原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，正极的电极反应式为：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案为：MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡常数、原电池、电解池工作原理、反应自发进行的判断等知识，题目难度中等，注意掌握原电池和电解池工作原理，明确反应自发进行的判断方法，试题有利于提高学生的分析能力及灵活应用能力．