Question

5．MnO₂是常见的氧化剂、催化剂和活性电极材料．
（1）工业上，以惰性材料为电极，电解MnSO₄溶液（含少量稀硫酸）制备MnO₂．写出阳极的电极反应式：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．
（2）已知如下热化学方程式（K代表平衡常数）：
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）反应②在低温条件下能自发进行，则△H₂＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（4）在密闭容器中投入足量的MnCO₃，-定条件下发生反应：MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H＞0．在一定温度下，达到平衡状态时ρ（CO₂）=2a  MPa．
①温度、压强对MnCO₃分解率的影响如图所示：比较：L₁＞L₂（填“＞”“＜”或“=”）．
②保持温度不变，将容器体积扩大至原来的2倍，则ρ（CO₂）的变化范围是aMPa＜ρ（CO₂）≤2aMPa．
③保持温度不变，将容器体积压缩至原来的一半，达到新平衡时下列物理量-定不变的是AB（填代号）．
A．平衡常数K     B．c（CO₂）C．n（CO₂）   D．m（MnCO₃）
（5）-定温度下，在容积为2L的恒容密闭容器中加人足量的MnCO₃（s）和5molO₂，发生反应：2MnCO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），CO₂以平均速率0.1mol•L^-1•min^-1经过10min达到平衡状态．该条件下该反应的平衡常数K为0.5mol．L^-1．

Answer 1

分析 （1）以石墨为电极，电解酸化的MnSO₄溶液，阳极锰离子放电，生成二氧化锰，结合电荷守恒和原子守恒书写；
（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
盖斯定律计算①×2+②得到③，平衡常数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；
（3）反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（4）①图象分析可知，反应前后气体体积增大，增大压强平衡逆向进行，碳酸锰分解率减小，则x为压强，L为温度，反应为吸热反应，升温平衡正向进行；
②保持温度不变，将容器体积扩大至原来的2倍，压强减小，平衡正向进行；
③保持温度不变，将容器体积压缩至原来的一半，浓度增大，压强增大平衡逆向进行；
（5）结合化学平衡三行计算列式计算平衡状态下气体浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$×100%．

解答 解：（l）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⁺，
故答案为：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
盖斯定律计算①×2+②得到③，△H₃=2△H₁+△H₂，K₃=K₁²•K₂，
故答案为：2△H₁+△H₂；  K₁²•K₂；
（3）2MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s），△S＜0，反应②在低温条件下能自发进行则△H＜0，才能满足△H-T△S＜0，
故答案为：＜；
（4）①图象分析可知，反应前后气体体积增大，增大压强平衡逆向进行，碳酸锰分解率减小，则x为压强，L为温度，反应为吸热反应，升温平衡正向进行碳酸锰分解率增大，所以L₁＞L₂，
故答案为：＞；   
②在一定温度下，达到平衡状态时ρ（CO₂）=2a MPa．保持温度不变，将容器体积扩大至原来的2倍，浓度减小为原来的一半，压强减小为原来的一半，压强减小平衡正向进行，ρ（CO₂）的变化范围是a MPa＜ρ（CO₂）≤2a MPa，
故答案为：a MPa＜ρ（CO₂）≤2a MPa；
  ③保持温度不变，将容器体积压缩至原来的一半，MnCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H＞0．
A．平衡常数只随温度变化，不随压强变化，故A正确；
 B．温度不变平衡常数不变，则c（CO₂）不变，故B正确；
C．增大压强平衡逆向进行，二氧化碳物质的量n（CO₂）减小，故C错误；
 D．增大压强平衡逆向进行，m（MnCO₃）质量增大，故D错误；
故答案为：AB；
（5）-定温度下，在容积为2L的恒容密闭容器中加人足量的MnCO₃（s）和5molO₂，发生反应：2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），CO₂以平均速率0.1mol•L^-1•min^-1经过10min达到平衡状态．生成二氧化碳浓度=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
变化量（mol/L）     0.5                                 1
平衡量（mol/L）    2.0                                  1
该条件下该反应的平衡常数K=$\frac{{1}^{2}}{2.0}$=0.55mol．L^-1 ，
故答案为：0.5mol．L^-1．

点评 本题考查了热化学方程式书写、平衡常数计算、影响化学反应速率和化学平衡的因素、图象的理解应用等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．