Question

2．二氧化錳是常見的化學物質，碳酸錳熱分解法是目前制備二氧化錳的主要方法．其反應原理為：①2MnCO₃+O₂?2MnO₂+2CO₂，經研究發現該反應過程為②MnCO₃?MnO+CO₂，③2MnO+O₂?2MnO₂．
（1）試寫出反應①的平衡常數表達式：K₁=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，K₁與反應②的平衡常數K₂及反應③的平衡常數K₃關系為K₁=K₂²×K₃．
（2）反應③在低溫下能自發進行，則其△H＜0．
（3）MnO₂也可以惰性材料為電極，MnSO₄-H₂SO₄-H₂O體系為電解液，在陽極電解獲得，其陽極電極反應式為Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，電解后溶液的pH將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減少”或“不變”）．
（4）MnO₂可做堿性鋅錳干電池的正極材料，寫出該電池的正極反應式MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-．

Answer 1

分析 （1）生成物濃度的冪之積比上反應濃度的冪之積，固體不代入表達式；①為方程②③之和，所以K₁=K₂×K₃；
（2）反應自發進行的判斷依據是△H-T△S＜0，反應自發進行，△H-T△S＞0，反應非自發進行；
（3）陽極發生氧化反應，錳由+2價變成+4價，結合反應產生大量的氫離子判斷電解后溶液pH變化；
（4）原電池的負極失去電子發生氧化反應，正極得到電子發生還原反應，MnO₂可做堿性鋅錳干電池的正極材料，則二氧化錳得到電子生成MnOOH，據此寫出正極的電極反應式．

解答 解：（1）反應①的平衡常數表達式K₁=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$，K₁與反應②、③的平衡常數K₂、K₃關系為：①為方程②的系擴大2倍后與③之和，所以平衡常數K₁=K₂²×K₃，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$；K₁=K₂²×K₃；
（2）反應③2MnO+O₂?2MnO₂為氣體體積縮小的反應，其熵變△S＜0，該反應在低溫下能夠自發進行，則滿足△H-T△S＜0，說明△H必須＜0，
只有△H＜0，△G＜0反應自發，
故答案為：＜；
（3）電解池的陽極失去電子發生氧化反應，Mn²⁺由+2價變成+4價的MnO₂，其電極反應為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，由于反應中產生大量的氫離子，導致電解后溶液的pH將減小，
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺； 減小；
（4）原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，正極的電極反應式為：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡常數、原電池、電解池工作原理、反應自發進行的判斷等知識，題目難度中等，注意掌握原電池和電解池工作原理，明確反應自發進行的判斷方法，試題有利于提高學生的分析能力及靈活應用能力．