Question

【題目】金屬錳在冶金工業(yè)中用來制造特種鋼，常作為脫硫劑和去氧劑，其化合物廣泛應(yīng)用于電池、機械制造業(yè)等領(lǐng)域。

(1)以軟錳礦(主要為MnO2)為原料通過熱還原法得到金屬錳涉及的兩個反應(yīng)：

①3MnO2(s)=Mn3O4(s)+ O2(g) △H1= akJmol-1

②3Mn3O4(s)+ 8Al(s) =4A12O3(s) + 9Mn(s) △H2= bkJmol-1

已知A1的燃燒熱為 ckJmol-1，則MnO2與A1發(fā)生鋁熱反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___________。

(2)科研人員將制得的錳粉碎后加入到SnCl2溶液中使其浸出(假定雜質(zhì)不反應(yīng)，溶液 體積不變)，發(fā)生反應(yīng)Mn(s)+ Sn2+(aq)Mn2+(aq)+ Sn(s)(已知含Sn2+水溶液為米黃色)

請回答下列問題：

①為加快反應(yīng)速率可以采取的措施有__________；不考慮溫度因素，一段時間后Mn的溶解速率加快，可能的原因是____________________。

②下列能說明反應(yīng)已達平衡的有____________________(填編號)。

A.溶液的顏色不發(fā)生變化

B.溶液中c(Mn2+)=c( Sn2+)

C.體系中固體的質(zhì)量不變

D.Mn2+與Sn2+濃度的比值保持不變

③室溫下，測得溶液中陽離子濃度c(R2+)隨時間的變化情況如下圖所示，則上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________________，Mn2+的產(chǎn)率為____________。

④若其他條件不變，10min后向容器中迅速加入蒸餾水至溶液體積變?yōu)樵瓉淼?/span>2倍，則 再次平衡時c(Mn2+) =____________(不考慮離子水解的影響)。

(3)MnO2也可在MnSO4-H2SO4-H2O為體系的電解液中電解獲得，其陽極反應(yīng)式為_____________________，陽極附近溶液的pH____________(選填“增大”、“減小”或“不變”)。

(4)電解制錳后的廢水中含有Mn2+，常用石灰乳進行一級沉降得到Mn(OH)2沉淀，過濾后再向濾液中加入等體積的Na2S溶液，進行二級沉降。為了將Mn2+的濃度降到1.0×l0-9mol/L，則加入的Na2S溶液的濃度至少是____________mol/L [已知Ksp(MnS)=4.5×l0-14]。

Answer 1

【答案】3MnO2(s) + 4Al(s) ═ 2Al2O3(s) + 3Mn(s) △H =(3a+b+4c)kJmol-1 升高溫度或增大c(Sn2+) 構(gòu)成多個微型原電池，加快反應(yīng)速率 ACD 3 75％ 0.375molL-1 Mn2+ —2e- +2H2O = MnO2 + 4H+ 減小 9.0×10－5

【解析】

（1）①3MnO2(s)=Mn3O4(s)+ O2(g)，②3Mn3O4(s)+ 8Al(s) =4A12O3(s) + 9Mn(s) ，③Al(s)＋3/4O2(g)=1/2Al2O3(s) △H=－ckJ·mol－1，MnO2與Al反應(yīng)的方程式為4Al＋3MnO2=2Al2O3＋3Mn，因此有(3×①＋②＋4×③)/3，得出：3MnO2(s) + 4Al(s) ═ 2Al2O3(s) + 3Mn(s) △H=(3a＋b＋4c)/3kJ·mol－1；

（2）①加快反應(yīng)速率，可以適當升高溫度，增加c(Sn2＋)等；根據(jù)反應(yīng)方程式，有Sn單質(zhì)的生成，與Mn構(gòu)成原電池，加快反應(yīng)速率；

②A、Mn2＋、Sn2＋是有顏色的離子，當溶液顏色不再改變，說明反應(yīng)達到平衡，故A符合題意；

B、不知投入量和轉(zhuǎn)化率，因此無法通過c(Mn2＋)=c(Sn2＋)，判斷是否達到平衡，故B不符合題意；

C、Mn和Sn摩爾質(zhì)量不同，因此當體系固體質(zhì)量不變，說明達到平衡，故C符合題意；

D、隨著反應(yīng)進行,Mn2＋的量增大，Sn2＋量減少，當Mn2＋與Sn2＋濃度的比值保持不變，說明反應(yīng)達到平衡，故D符合題意；

③隨著反應(yīng)進行，c(Mn2＋)增大，c(Sn2＋)減小，該反應(yīng)的平衡常數(shù)，K=c(Mn2＋)/c(Sn2＋)=0.75mol·L－1/0.25mol·L－1=3；因為是同一溶液反應(yīng)，因此物質(zhì)的量之比等于物質(zhì)的量濃度之比，Mn2＋的產(chǎn)率為0.75mol·L－1/(0.75mol·L－1＋0.25mol·L－1)×100%=75%；

④Mn2＋和Sn2＋的系數(shù)相等，Mn和Sn為固體，因此加水稀釋，平衡不移動，加入蒸餾水至溶液體積變?yōu)樵瓉淼?/span>2倍，c(Mn2＋)為原來平衡時的一半，即c(Mn2＋)=0.75mol·L－1/2=0.375mol·L－1；

（3）根據(jù)電解原理，陽極上失去電子，化合價升高，因此MnSO4在陽極上放電，其電極反應(yīng)式為Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋；該電極產(chǎn)生H＋，酸性增強，pH減小；

（4）Mn2＋為1.0×10－9mol·L－1，此時MnS溶液為飽和溶液，根據(jù)c(S2－)=Ksp(MnS)/c(Mn2＋)=4.5×10－14/1.0×10－9=4.5×10－5mol·L－1，濾液中加入等體積的Na2S溶液，則加入Na2S溶液的濃度至少為4.5×10－5×2mol·L－1=9.0×10－5mol·L－1。