Question

[化學(xué)選修2：化學(xué)與技術(shù)]工業(yè)上為了使原料和能量得到充分的利用，常常采用循環(huán)操作．
Ⅰ、利用熱化學(xué)循環(huán)制氫能緩解能源矛盾．最近研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）可用于熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫．MnFe₂O₄的制備：

已知Fe³⁺、Mn²⁺沉淀的pH如表所示．

	開始沉淀	完全沉淀
Fe3+	2.7	4.2
Mn2+	8.3	10.4

（1）此工藝中理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比應(yīng)為______．
（2）控制pH的操作中m的值為______．
Ⅱ、用MnFe₂O₄熱化學(xué)循環(huán)制取氫氣：MnFe₂O₄（s）MnFe₂O_（4-x）（s）+8O₂（g）；△H₁=akJ/mol，
MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O（l）═MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）；△H₂=bkJ/mol，
（3）由上可知，H₂燃燒的熱化學(xué)方程式是______．
（4）該熱化學(xué)循環(huán)制取氫氣的優(yōu)點(diǎn)是______（填字母編號(hào)）．
A．過程簡單、無污染         B．物料可循環(huán)使用   C．氧氣和氫氣在不同步驟生成，安全且易分離
Ⅲ、工業(yè)上可用H₂、HCl通過如圖的循環(huán)流程制取太陽能材料高純硅．

反應(yīng)①Si（粗）+3HCl（g）SiHCI₃（l）+H₂（g）
反應(yīng)②：SiHCl₃（l）+H₂（g）Si（純）+3HCl（g）
（5）上圖中，假設(shè)在每一輪次的投料生產(chǎn)中，硅元素沒有損失，反應(yīng)①中HCl的利用率和反應(yīng)②中H₂的利用率均為75%．則在下一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的體積比是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）復(fù)合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）的化學(xué)式確定理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)Mn²⁺完全沉淀的PH可知控制pH的操作中m的值；
（3）利用蓋斯定律將兩熱化學(xué)方程式相加之后可得水分解的熱化學(xué)方程式，即可確定H₂燃燒的熱化學(xué)方程式；
（4）該熱化學(xué)循環(huán)制取氫氣的優(yōu)點(diǎn)是過程簡單、無污染、物料可循環(huán)使用、氧氣和氫氣在不同步驟生成，安全且易分離；
（5）根據(jù)反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量關(guān)系可確定需補(bǔ)充投入HCl和H₂的體積比．
解答：解：（1）鐵酸錳的化學(xué)式為MnFe₂O₄，理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比2：1，故答案為：2：1
（2）Mn²⁺完全沉淀的PH為10.4，控制pH的操作中m的值應(yīng)為10.4，故答案為：10.4；
（3）利用蓋斯定律計(jì)算：
MnFe₂O₄（s）MnFe₂O_（4-x）（s）+O₂（g）；△H₁=akJ/mol…①，
MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O（1）═MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）；△H₂=bkJ/mol…②，
根據(jù)氫氣燃燒的方程式H₂+O₂═H₂O可知熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）；△H==，
故答案為：H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）；△H=；
（4）制備過程無污染，生成氣體為氫氣和氧氣，MnFe₂O₄可循環(huán)使用，產(chǎn)品易于分離，且生產(chǎn)安全，
故答案為：A、B、C；
（5）反應(yīng)①中每消耗3molHCl生成1molH₂，而反應(yīng)①中HCl的利用率和反應(yīng)②中H₂的利用率均為75%，所以反應(yīng)后剩余的HCl和H₂的體積比為3：1，則在下一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的體積比是3：1，故答案為：3：1．
點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的制備和熱化學(xué)方程式等問題，考查學(xué)生的評(píng)價(jià)能力，做題時(shí)注意考慮質(zhì)量守恒選擇原料的理論配比數(shù)．