Question

14．錳的化合物是優(yōu)良的催化劑，可用于干電池原料生產(chǎn)等．
（1）鋅錳干電池的反應(yīng)為2MnO₂+Zn+2NH₄Cl=2MnO（OH）+Zn（NH₃）₂Cl₂，MnO（OH）中錳元素的化合價(jià)為+3．
（2）向廢電池還原后的廢液（含有Mn²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等）中逐滴滴加Na₂S溶液，最先生成的沉淀為ZnS（填化學(xué)式）．[已知Ksp（MnS）=1.4×10^-15，Ksp（ZnS）=2.9×10 ^-25，Ksp（FeS）=6.0×10^-18]
（3）Mn²⁺催化H₂O₂分解：2H₂O₂（l）=2H₂O（l）+O₂（g）△H₁，其反應(yīng)機(jī)理如圖：
①已知反應(yīng)Ⅱ?yàn)镸nO₂（s）+H₂O₂（1）+2H⁺ （ aq）=Mn²⁺ （aq）+O₂（g）+2H₂O（1）△H₂．寫出反應(yīng) I的熱化學(xué)方程式（焓變用△H₁和△H₂表示）：H₂O₂（1）+Mn²⁺（aq）=2H⁺（aq）+MnO₂（s）△H=△H₁-△H₂．
②某溫度時(shí)，向10mL0.4mol/L H₂O₂液中滴入1滴MnSO₄發(fā)生分解：2H₂O₂=2H₂O+O₂，測(cè)得不同時(shí)刻生成O₂的體積（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）如表：

t/min	0	2	4	6
V（O2）mL	0	9.9	17.2	22.4

0～2min時(shí)反應(yīng)速率比2～4min時(shí)的快，其原因是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H₂O₂濃度不斷減小，反應(yīng)速率不斷減慢，0～6min的平均反應(yīng)速率v（H₂O₂）=3.3×10^-2mol/（L•min）（忽略溶液體積的變化）．
（4）錳基催化劑是合成甲醇、二甲醚的催化劑．已知：

反應(yīng)	平衡常數(shù)KP
	773K	873K
Ⅰ．CO2（g）+4H2（g）?CH4（g）+2H2（g）	19.4	0.803
Ⅱ．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	6.07×10-9	3.65×10-9

①反應(yīng)I的正反應(yīng)是放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
②反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$．

Answer 1

分析 （1）MnO（OH）中O元素的化合價(jià)為-2價(jià)，H元素的化合價(jià)為+1價(jià)，結(jié)合化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0計(jì)算；
（2）因?yàn)镵sp（MnS）=1.4×10^-15＞Ksp（FeS）=6.0×10^-18＞Ksp（ZnS）=2.9×10 ^-25，向廢電池還原后的廢液（含有Mn²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等）中逐滴滴加Na₂S溶液，最先生成溶解度最小的物質(zhì)；
（3）①轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，過(guò)氧化氫和錳離子反應(yīng)得到二氧化錳和氫離子，
2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁①，
MnO₂（s）+H₂O₂（l）+2H⁺═Mn²⁺（aq）+O₂（g）+2H₂O（l）△H₂，②
由蓋斯定律①-②得到H₂O₂（l）+Mn²⁺（aq）═MnO₂（s）+2H⁺（aq）△H=△H₁-△H₂，以此書寫熱化學(xué)方程式；
②0～2min產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{9.9×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.00044mol，n（H₂0₂）=2n（O₂）=0.00088mol，v（H₂O₂）=$\frac{{\frac{0.00088mol}{0.01L}}}{2min}$≈4.4×10^-2mol/（L•min），4～6min產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{（22.4-17.2）×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=2.3×10^-4mol，n（H₂0₂）=2n（O₂）=4.6×10^-4mol，v（H₂0₂）=$\frac{{\frac{{4.6×{{10}^{-4}}mol}}{0.01L}}}{2min}$=2.3×10^-2mol/L•min，0～2min H₂O₂平均反應(yīng)速率比4～6min快，原因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，H₂O₂濃度不斷減小，反應(yīng)速率不斷減慢；0～6min產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{{22.4×{{10}^{-3}}L}}{22.4L/mol}$=0.001mol，n（H₂0₂）=2n（O₂）=0.002mol，v（H₂0₂）=$\frac{{\frac{0.002}{0.01}}}{6}$≈3.3×10^-2mol/（L•min）；
（4）①溫度有773K升高到873K，平衡常數(shù)減小，表明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
②平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比．

解答 解：（1）MnO（OH）中O元素的化合價(jià)為-2價(jià)，H元素的化合價(jià)為+1價(jià)，根據(jù)正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，錳元素的化合價(jià)為+3價(jià)，故答案為：+3；
（2）因?yàn)镵sp（MnS）=1.4×10^-15＞Ksp（FeS）=6.0×10^-18＞Ksp（ZnS）=2.9×10 ^-25，向廢電池還原后的廢液（含有Mn²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等）中逐滴滴加Na₂S溶液，最先生成溶解度最小的物質(zhì)，最先生成的沉淀為ZnS，故答案為：ZnS；
（3）①轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，過(guò)氧化氫和錳離子反應(yīng)得到二氧化錳和氫離子，
2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁①，
MnO₂（s）+H₂O₂（l）+2H⁺═Mn²⁺（aq）+O₂（g）+2H₂O（l）△H₂，②
依據(jù)蓋斯定律①-②得到H₂O₂（l）+Mn²⁺（aq）═MnO₂（s）+2H⁺（aq）△H=△H₁-△H₂
故答案為：H₂O₂（l）+Mn²⁺（aq）═MnO₂（s）+2H⁺（aq）△H=△H₁-△H₂
②0～2min產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{9.9×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.00044mol，n（H₂0₂）=2n（O₂）=0.00088mol，v（H₂O₂）=$\frac{{\frac{0.00088mol}{0.01L}}}{2min}$≈4.4×10^-2mol/（L•min），4～6min產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{（22.4-17.2）×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=2.3×10^-4mol，n（H₂0₂）=2n（O₂）=4.6×10^-4mol，v（H₂0₂）=$\frac{{\frac{{4.6×{{10}^{-4}}mol}}{0.01L}}}{2min}$=2.3×10^-2mol/L•min，0～2min H₂O₂平均反應(yīng)速率比4～6min快，原因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，H₂O₂濃度不斷減小，反應(yīng)速率不斷減慢；0～6min產(chǎn)生的氧氣的物質(zhì)的量n（O₂）=$\frac{{22.4×{{10}^{-3}}L}}{22.4L/mol}$=0.001mol，n（H₂0₂）=2n（O₂）=0.002mol，v（H₂0₂）=$\frac{{\frac{0.002}{0.01}}}{6}$≈3.3×10^-2mol/（L•min），
故答案為：②隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H₂O₂濃度不斷減小，反應(yīng)速率不斷減慢；3.3×10^-2mol/（L•min）；
（4）①溫度有773K升高到873K，平衡常數(shù)減小，表明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②反應(yīng)Ⅱ?yàn)镃O₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、難溶電解質(zhì)及平衡移動(dòng)等，為高頻考點(diǎn)，把握熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的移動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算的相關(guān)知識(shí)等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度不大．