Question

5．錳元素廣泛分布在自然界中，其單質和化合物在工農業生產中有著重要的應用．
（1）金屬錳可用鋁熱法制得．已知Al的燃燒熱為c　kJ•mol^-1，其余相關熱化學方程式為：
3MnO₂（s）═Mn₃O₄（s）+O₂（g）△H₁=a　kJ•mol^-1
3Mn₃O₄（s）+8Al（s）═9Mn（s）+4Al₂O₃（s）△H₂=b　kJ•mol^-1
則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的代數式表示）．
（2）MnCO₃廣泛用作錳鹽原料．通過圖1裝置焙燒MnCO₃可以制取MnO₂，反應方程式為：2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）．

①2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）的化學平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$．
②用真空抽氣泵不斷抽氣的目的除保證反應持續進行外，還有使平衡正向移動，提高MnCO₃的轉化率．
（3）MnO₂常用作催化劑．MnO₂催化降解甲醛的反應機理如圖2所示，圖中X表示的粒子是HCO₃^-，該反應的總反應方程式為HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$CO₂+H₂O．
（4）MnSO₄是重要微量元素肥料．用惰性電極電解MnSO₄溶液可以制得更好活性的MnO₂，電解時總反應的離子方程式為：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺，電解過程中陰極附近的pH增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）

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的燃燒熱可得：③．Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=c kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律，①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③可得：3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g），反應熱也進行相應的計算；
（2）①化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
②用真空抽氣泵不斷抽氣，可增大空氣量，減少生成物濃度，平衡正向移動；
（3）氧離子與-CHO轉化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個過程是甲醛氧化生成二氧化碳與水；
（4）用惰性電極電解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，陽極發生氧化反應，Mn²⁺失去電子轉化為MnO₂，由氧元素守恒可知有水參與反應，陰極發生還原反應，水放電生成氫氣（還會生成氫氧根離子），配平書寫電極反應式．

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的燃燒熱可得：③．Al（s）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$Al₂O₃（s）△H=c kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律，①+$\frac{1}{3}$×②+$\frac{4}{3}$×③可得：3MnO₂（s）=Mn₃O₄（s）+O₂（g），則△H=（a+$\frac{1}{3}$b-$\frac{4}{3}$c）kJ•mol^-1，
故答案為：a+$\frac{1}{3}$b-$\frac{4}{3}$c；
（2）①2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO（g）的化學平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$；
②用真空抽氣泵不斷抽氣，可增大空氣量，減少生成物濃度，平衡正向移動，可提高MnCO₃的轉化率，
故答案為：使平衡正向移動，提高MnCO₃的轉化率；
（3）氧離子與-CHO轉化為X，而X與H⁺生成CO₂和H₂O，則X表示的粒子是HCO₃^-，整個過程是甲醛氧化生成二氧化碳與水，可得該反應的總反應方程式為：HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$CO₂+H₂O，
故答案為：HCO₃^-；HCHO+O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$CO₂+H₂O；
4）用惰性電極電解酸性MnSO₄溶液可制得MnO₂，陽極發生氧化反應，Mn²⁺失去電子轉化為MnO₂，陰極水得電子發生還原反應生成氫氣，總反應離子方程式為：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺，陰極附近氫氧根濃度增大，則電解過程中陰極附近的pH增大，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$MnO₂+H₂↑+2H⁺；增大．

點評 本題考查蓋斯定律計算反應熱、化學平衡常數及影響因素、電解原理等，側重考查學生對知識遷移運用，難度中等．