Question

3．MnO₂是常見(jiàn)的催化劑，MnCO₃（s）熱分解法是目前制備MnO₂的常見(jiàn)方法．反應(yīng)原理為2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H；該反應(yīng)的過(guò)程為：
①M(fèi)nCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H₁；
②MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）△H₂．
（1）△H，△H₁，△H₂三者之間關(guān)系為△H=2△H₁+△H₂，反應(yīng)②在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，則其△H＜0（填“＜”，“=”或“＞”）．
（2）300℃時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．在0～60s時(shí)段，反應(yīng)速率v（O₂）為8.33×10^-3mol•L^-1•s^-1，反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁為0.36．
（3）300℃時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，并加入催化劑，c（O₂）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率降低，經(jīng)10s又達(dá)到平衡，列式計(jì)算溫度T時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K₂為0.845．
（4）某小組對(duì)碳酸錳的分解條件（溫度、濕度）進(jìn)行研究，得到如下三組圖象（圖2），則合適的熔燒溫度為350℃．

Answer 1

分析 （1）已知：①M(fèi)nCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H₁；
②MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）△H₂，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
當(dāng)△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）由圖可知，60s時(shí)到達(dá)平衡，二氧化碳的起始濃度為0.2mol/L，平衡時(shí)濃度為0.12mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（O₂），平衡時(shí)氧氣濃度為0.04mol/L，代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$計(jì)算；
（3）c（O₂）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率降低，經(jīng)10s又達(dá)到平衡，重新達(dá)到新平衡時(shí)氧氣的濃度為0.04mol/L-0.0020mol•L^-1•s^-1×10s=0.02mol/L，則平衡時(shí)v（CO₂）=0.12mol/L+0.02mol/L×$\frac{1}{2}$=0.13mol/L，代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$計(jì)算；
（4）應(yīng)選擇碳酸錳轉(zhuǎn)化率最高時(shí)的溫度．

解答 解：（1）已知：①M(fèi)nCO₃（s）?MnO（s）+CO₂（g）△H₁；
②MnO（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）△H₂，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2MnCO₃（s）+O₂（g）?2MnO₂（s）+2CO₂（g），則△H=2△H₁+△H₂；
反應(yīng)②在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，當(dāng)△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，只有△H＜0，
故答案為：△H=2△H₁+△H₂；＜；
（2）由圖可知，60s時(shí)到達(dá)平衡，二氧化碳的起始濃度為0.2mol/L，平衡時(shí)濃度為0.12mol/L，則v（CO₂）=$\frac{（0.12-0.02）mol/L}{60s}$=$\frac{1}{600}$mol/（L．s），再速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（CO₂）=8.33×10^-3mol/（L．s），平衡時(shí)氧氣濃度為0.04mol/L，則平衡常數(shù)K₁=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.1{2}^{2}}{0.04}$=0.36，
故答案為：8.33×10^-3mol/（L．s）；0.36；
（3）c（O₂）以0.0020mol•L^-1•s^-1的平均速率降低，經(jīng)10s又達(dá)到平衡，重新達(dá)到新平衡時(shí)氧氣的濃度為0.04mol/L-0.0020mol•L^-1•s^-1×10s=0.02mol/L，則平衡時(shí)v（CO₂）=0.12mol/L+0.02mol/L×$\frac{1}{2}$=0.13mol/L，則平衡常數(shù)K₂=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.1{3}^{2}}{0.02}$=0.845，
故答案為：0.845；
（4）由圖2分析，在350℃左右碳酸錳轉(zhuǎn)化率比較高，故答案為：350℃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱計(jì)算、反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、圖象分析等，題目綜合性強(qiáng)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．