Question

隨著能源問題的進一步突出，利用熱化學循環(huán)制氫的研究受到許多發(fā)達國家的青睞．最近的研究發(fā)現，復合氧化物酸錳（MnFe₂O₄）也可用于熱化學循環(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的物質的量之比應為

2：1

．
（2）步驟二中“連續(xù)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

洗滌至流出液呈中性

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

＞1000K

MnFe₂O_4-x+

x

2

O₂↑    MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑
請認真分析上述兩個反應并回答下列問題：
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該熱化學循環(huán)制氫的優(yōu)點有（答兩點即可）

過程簡單、節(jié)約能量、無污染、物料廉價并可循環(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

．

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）連續(xù)攪拌是為了讓二者充分反應．沉淀可能附著KOH等，洗滌至中性保證產物純凈．
（3）①根據化合價代數和為0，計算MnFe₂O_4-x中鐵的總價態(tài)，1mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺、Fe³⁺物質的量分別為xmol、ymol，列方程組解答． 
②由流程可看出其優(yōu)點，過程簡單、節(jié)約能量、無污染、物料廉價并可循環(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．

解答：解：（1）Mn為+2價，令MnFe₂O₄中Fe的化合價為a價，根據化合價代數和為0，則2+2a+4×（-2）=0，解得a=+3，則Fe（NO₃）_n中n=3．
由MnFe₂O₄組成可知：Fe和Mn的個數之比為1：2，根據質量守恒可知，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．沉淀可能附著KOH等，洗滌至中性，說明洗滌干凈，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(tài)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，聯(lián)立解得：x=1.6，y=0.4，
則1mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺的物質的量為1.6mol，則Fe²⁺占的百分率為

1.6mol

2mol

×100%=80%．
故答案為：80%；
②由流程圖可以看出過程簡單、節(jié)約能量、無污染、物料廉價并可循環(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：過程簡單、節(jié)約能量、無污染、物料廉價并可循環(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．

點評：以MnFe₂O₄的制備為載體，考查學生對工藝流程的理解、對實驗操作的理解、化學式有關計算等，難度中等，綜合性較強，涉及的知識點多，需要學生具備閱讀分析能力和靈活運用知識的解決問題能力．