Question

5．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ckJ•mol^-1，其余相关热化学方程式为：
3MnO₂（s）═Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=akJ•mol^-1
3Mn₃O₄（s）+8Al（s）═9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=bkJ•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，还能使平衡正向移动，提高MnCO₃的转化率．
（3）MnSO₂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$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$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）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的燃烧热可得：③．Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③可得：3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g），反应热也进行相应的计算；
（2）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
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）氧离子与-CHO转化为X，而X与H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，整个过程是甲醛氧化生成二氧化碳与水；
（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，阴极发生还原反应，水放电生成氢气（还会生成氢氧根离子），配平书写电极反应式．

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的燃烧热可得：③．Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=-c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③可得：3MnO₂（s）+4Al（s）═3Mn（s）+2Al₂O₃（s），则△H=（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）①2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO（g）的化学平衡常数表达式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）氧离子与-CHO转化为X，而X与H⁺生成CO₂和H₂O，则X表示的粒子是HCO₃^-，整个过程是甲醛氧化生成二氧化碳与水，可得该反应的总反应方程式为：HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$CO₂+H₂O，
故答案为：HCO₃^-；HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$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，总反应离子方程式为：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺，阴极附近氢氧根浓度增大，则电解过程中阴极附近的pH增大，
故答案为：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺；增大．

点评 本题考查盖斯定律计算反应热、化学平衡常数及影响因素、电解原理等，侧重考查学生对知识迁移运用，难度中等．