Question

二氧化锰是化学工业中常用的氧化剂和有机合成中的催化剂，其主要制备方法是碳酸锰热分解，反应原理为 2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂．经研究发现该反应过程为①MnCO₃═MnO+CO₂  ②2MnO+O₂═2MnO₂．
回答下列问题：

（1）某温度下该平衡体系的压强为P，CO₂、O₂的物质的量分别为n₁和n₂，用平衡分压代替平衡浓度，写出碳酸锰热分解反应的平衡常数表达式K=

 

（分压=总压×物质的量分数）；K与反应①、②的平衡常数K₁、K₂关系为

 

．
（2）反应②在低温下能自发进行，则其△H

 

0（填“＞”、“＜”、“=”）．
（3）某科研小组对碳酸锰热分解法制二氧化锰的条件（焙烧温度和气氛）进行了研究，获得如下三幅图．该制备反应合适的焙烧温度为

 

，合适的含水量气氛条件为

 

．
（4）MnO₂也可在MnSO₄-H₂SO₄-H₂O为体系的电解液中电解获得，其阳极的电极反应式为

 

，电解后溶液的pH将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,电解原理

专题：化学平衡专题,电化学专题

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；2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂为方程①②之和，所以K=K₁×K₂；
（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）由图分析在在指定温度下和水分含量下碳酸锰转化率要高；
（4）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价，产生大量的氢离子．

解答： 解：（1）反应①的平衡常数表达式K1=

C2(CO2)

C(O2)

=

(P× n1 n1+n2 )2

P× n2 n1+n2

=

P n 2 1

n2(n1+n2)

，K与反应①、②的平衡常数K₁、K₂关系为：2MnCO₃+O₂═2MnO₂+2CO₂为方程①的系扩大2倍后与②之和所以K=K₁²×K₂，故答案为：

P n 2 1

n2(n1+n2)

；K=K₁²×K₂；
（2）反应②在低温下能，只有△H＜0，△G＜0反应自发，故答案为：＜；
（3）由图2分析，在350℃左右碳酸锰转化率比较高，由图3可知水分含量的30%左右碳酸锰转化率比较高（或20%-40%都正确），故答案为：350℃（或325-375℃都正确）；30%（或20%-40%都正确）；
（4）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价，电极反应为Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，产生大量的氢离子，电解后溶液的pH将减小，故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；减小．

点评：本题考查化学平衡常数的含义，平衡移动、电化学相关知识，综合性强，学生要有一定的化学基本功才能解决．