Question

（2012?湖南模擬）隨著能源問題的進一步突出，利用熱化學循環制氫的研究受到許多發達國家的青睞．最近的研究發現，復合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）也可以用于熱化學循環分解水制氫，MnFe₂O₄的制備流程如下：

（1）原料Fe（NO₃）_n中n=

3

，投入原料Fe（NO₃）_n和Mn（NO₃）₂的物質的量之比為

2：1

．
（2）步驟二中連續攪拌的目的是：

充分反應或沉淀完全

，步驟三中洗滌干凈的標準是

洗滌至中性保證產物純凈

．
（3）利用MnFe₂O₄熱化學循環制氫的反應可表示為：
MnFe₂O₄

＞1000K

MnFe₂O_4-x+

x 2

O₂↑，MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑
請認真回答下列問題：
①若MnFe₂O_4-x中x=0.8，則MnFe₂O_4-x中Fe²⁺占全部鐵元素的百分率為：

80%

②該化學循環制氫的優點是：

具有過程簡單節約能源無污染物料廉價并可循環使用及氧氣和氫氣在不同步驟生成，因此不存在高溫氣體分離等優點

③該化學循環法制氫尚有不足之處，進一步改進的研究方向是：

尋找合適催化劑使MnFe₂O₄的分解溫度降低或找到分解溫度更低的氧化物

．

Answer 1

分析：（1）根據MnFe₂O₄的制備流程，可知Mn、Fe的化合價未變，Mn（NO₃）₂中Mn的化合價為+2，則MnFe₂O₄中Fe的化合價為+3，從而求出Fe（NO₃）_n中的n，
由MnFe₂O₄中可知：Fe和Mn的個數之比為1：2，根據質量守恒，求出原料Fe（NO₃）_n和Mn（NO₃）₂的物質的量之比；
（2）根據攪拌的通常目的和判斷沉淀是否洗滌干凈的方法來解答；
（3）①根據鐵的總價態不變，用方程組來解決；     
②③由流程可看出其優點，改進方法可從流程簡潔方面考慮．

解答：解：（1）Mn為+2價，則MnFe₂O₄中Fe的化合價為+3價，則Fe（NO₃）_n中n=3，且Fe（NO₃）_n與Mn（NO₃）₂ 二者之比 2：1，故答案為：3；2：1；    
（2）連續攪拌是為了讓二者充分反應，洗滌至中性保證產物純凈，故答案為：充分反應或沉淀完全　洗滌至流出液呈中性；   
（3）①x=0.8時，鐵的總價態為（4-0.8）×2-2=4.4，設1mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺、Fe³⁺物質的量分別為xmol、ymol，則有

x+y=2 2x+3y=4.4

，解得：x=1.6，y=0.4，
則1 mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺的物質的量為1.6 mol，則Fe²⁺占的百分率為1.6/2×100%=80%，故答案為：80%；
②由流程圖可以看出過程簡單、節約能量、無污染、物料廉價并可循環使用及氧氣和氫氣在不同步驟生成，不存在高溫氣體分離的問題等，
故答案為：過程簡單、節約能量、無污染、物料廉價并可循環使用及氧氣和氫氣在不同步驟生成，不存在高溫氣體分離的問題等（答兩點即可）；
③因高溫消耗較多的能源，則尋找合適的催化劑，使MnFe₂O₄分解溫度降低或分解溫度更低的氧化物，故答案為：尋找合適的催化劑，使MnFe₂O₄分解溫度降低或分解溫度更低的氧化物．

點評：本題是一道化工工藝流程的題目，該類題目的特點是：綜合性較強，涉及的知識點多，考查了學生分析問題和運用知識的能力．