Question

（2012?湖南模擬）隨著能源問題的進(jìn)一步突出，利用熱化學(xué)循環(huán)制氫的研究受到許多發(fā)達(dá)國家的青睞．最近的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）也可以用于熱化學(xué)循環(huán)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(zhì)的量之比為

2：1

．
（2）步驟二中連續(xù)攪拌的目的是：

充分反應(yīng)或沉淀完全

，步驟三中洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)是

洗滌至中性保證產(chǎn)物純凈

．
（3）利用MnFe₂O₄熱化學(xué)循環(huán)制氫的反應(yīng)可表示為：
MnFe₂O₄

＞1000K

MnFe₂O_4-x+

x 2

O₂↑，MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑
請(qǐng)認(rèn)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(xué)循環(huán)制氫的優(yōu)點(diǎn)是：

具有過程簡(jiǎn)單節(jié)約能源無污染物料廉價(jià)并可循環(huán)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(yōu)點(diǎn)

③該化學(xué)循環(huán)法制氫尚有不足之處，進(jìn)一步改進(jìn)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(jù)MnFe₂O₄的制備流程，可知Mn、Fe的化合價(jià)未變，Mn（NO₃）₂中Mn的化合價(jià)為+2，則MnFe₂O₄中Fe的化合價(jià)為+3，從而求出Fe（NO₃）_n中的n，
由MnFe₂O₄中可知：Fe和Mn的個(gè)數(shù)之比為1：2，根據(jù)質(zhì)量守恒，求出原料Fe（NO₃）_n和Mn（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比；
（2）根據(jù)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(jù)鐵的總價(jià)態(tài)不變，用方程組來解決；     
②③由流程可看出其優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)方法可從流程簡(jiǎn)潔方面考慮．

解答：解：（1）Mn為+2價(jià)，則MnFe₂O₄中Fe的化合價(jià)為+3價(jià)，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(xù)攪拌是為了讓二者充分反應(yīng)，洗滌至中性保證產(chǎn)物純凈，故答案為：充分反應(yīng)或沉淀完全　洗滌至流出液呈中性；   
（3）①x=0.8時(shí)，鐵的總價(jià)態(tài)為（4-0.8）×2-2=4.4，設(shè)1mol MnFe₂O_4-0.8中含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺物質(zhì)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F(xiàn)e²⁺的物質(zhì)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(jiǎn)單、節(jié)約能量、無污染、物料廉價(jià)并可循環(huán)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(jiǎn)單、節(jié)約能量、無污染、物料廉價(jià)并可循環(huán)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(diǎn)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(diǎn)評(píng)：本題是一道化工工藝流程的題目，該類題目的特點(diǎn)是：綜合性較強(qiáng)，涉及的知識(shí)點(diǎn)多，考查了學(xué)生分析問題和運(yùn)用知識(shí)的能力．