Question

【题目】金属锰在冶金工业中用来制造特种钢，常作为脱硫剂和去氧剂，其化合物广泛应用于电池、机械制造业等领域。

(1)以软锰矿(主要为MnO2)为原料通过热还原法得到金属锰涉及的两个反应：

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

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

已知A1的燃烧热为 ckJmol-1，则MnO2与A1发生铝热反应的热化学方程式为___________。

(2)科研人员将制得的锰粉碎后加入到SnCl2溶液中使其浸出(假定杂质不反应，溶液 体积不变)，发生反应Mn(s)+ Sn2+(aq)Mn2+(aq)+ Sn(s)(已知含Sn2+水溶液为米黄色)

请回答下列问题：

①为加快反应速率可以采取的措施有__________；不考虑温度因素，一段时间后Mn的溶解速率加快，可能的原因是____________________。

②下列能说明反应已达平衡的有____________________(填编号)。

A.溶液的颜色不发生变化

B.溶液中c(Mn2+)=c( Sn2+)

C.体系中固体的质量不变

D.Mn2+与Sn2+浓度的比值保持不变

③室温下，测得溶液中阳离子浓度c(R2+)随时间的变化情况如下图所示，则上述反应的平衡常数K=_________________，Mn2+的产率为____________。

④若其他条件不变，10min后向容器中迅速加入蒸馏水至溶液体积变为原来的2倍，则 再次平衡时c(Mn2+) =____________(不考虑离子水解的影响)。

(3)MnO2也可在MnSO4-H2SO4-H2O为体系的电解液中电解获得，其阳极反应式为_____________________，阳极附近溶液的pH____________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)电解制锰后的废水中含有Mn2+，常用石灰乳进行一级沉降得到Mn(OH)2沉淀，过滤后再向滤液中加入等体积的Na2S溶液，进行二级沉降。为了将Mn2+的浓度降到1.0×l0-9mol/L，则加入的Na2S溶液的浓度至少是____________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 升高温度或增大c(Sn2+) 构成多个微型原电池，加快反应速率 ACD 3 75％ 0.375molL-1 Mn2+ —2e- +2H2O = MnO2 + 4H+ 减小 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与Al反应的方程式为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加快反应速率，可以适当升高温度，增加c(Sn2＋)等；根据反应方程式，有Sn单质的生成，与Mn构成原电池，加快反应速率；

②A、Mn2＋、Sn2＋是有颜色的离子，当溶液颜色不再改变，说明反应达到平衡，故A符合题意；

B、不知投入量和转化率，因此无法通过c(Mn2＋)=c(Sn2＋)，判断是否达到平衡，故B不符合题意；

C、Mn和Sn摩尔质量不同，因此当体系固体质量不变，说明达到平衡，故C符合题意；

D、随着反应进行,Mn2＋的量增大，Sn2＋量减少，当Mn2＋与Sn2＋浓度的比值保持不变，说明反应达到平衡，故D符合题意；

③随着反应进行，c(Mn2＋)增大，c(Sn2＋)减小，该反应的平衡常数，K=c(Mn2＋)/c(Sn2＋)=0.75mol·L－1/0.25mol·L－1=3；因为是同一溶液反应，因此物质的量之比等于物质的量浓度之比，Mn2＋的产率为0.75mol·L－1/(0.75mol·L－1＋0.25mol·L－1)×100%=75%；

④Mn2＋和Sn2＋的系数相等，Mn和Sn为固体，因此加水稀释，平衡不移动，加入蒸馏水至溶液体积变为原来的2倍，c(Mn2＋)为原来平衡时的一半，即c(Mn2＋)=0.75mol·L－1/2=0.375mol·L－1；

（3）根据电解原理，阳极上失去电子，化合价升高，因此MnSO4在阳极上放电，其电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋；该电极产生H＋，酸性增强，pH减小；

（4）Mn2＋为1.0×10－9mol·L－1，此时MnS溶液为饱和溶液，根据c(S2－)=Ksp(MnS)/c(Mn2＋)=4.5×10－14/1.0×10－9=4.5×10－5mol·L－1，滤液中加入等体积的Na2S溶液，则加入Na2S溶液的浓度至少为4.5×10－5×2mol·L－1=9.0×10－5mol·L－1。