Question

（10分）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+O22MnO2+2CO2。经研究发现该反应过程为①MnCO3MnO+CO2 ②2MnO+O22MnO2。

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

（1） （2分） （2分）

（2）＜ （1分） （3）350℃ （1分） 含水量30% （1分）

（4）Mn2+-2e-+2H2O = MnO2+4H+ （2分） 减小（1分）

【解析】

试题分析：（1）根据题意和题给反应方程式知，碳酸锰热分解反应的平衡常数表达式K=P2（CO2）/P(O2)= ；K1= P（CO2）、K2=1/P(O2)，K与K1、K2关系为。（2）当△H—T△S＜0时反应自发进行，反应②为气体物质的量减少的熵减反应，△S＜0，且在低温下能自发进行，则其△H＜0。（3）根据图1知，反应在湿空气中进行反应速率快，碳酸锰的转化率高；根据图2知，反应在350℃时碳酸锰的转化率最高，根据图3知，水分含量为30%时碳酸锰的转化率最高，该制备反应合适的焙烧温度为350℃，合适的含水量气氛条件为含水量30% 。（4）电解法制备MnO2阳极发生氧化反应，MnSO4被氧化为MnO2，根据电荷守恒和溶液的酸碱性知，其阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O = MnO2+4H+，阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋+2e－H2，电解总反应为Mn2+-+2H2O MnO2+ H2+2H+，电解后溶液的pH将减小。

考点：考查化学平衡常数表达式书写，化学反应方向，平衡图像分析和电解原理。