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．最近研究發(fā)現(xiàn)，復合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）可用于熱化學循環(huán)分解水制氫．
Ⅰ．MnFe₂O₄的制備：
 
已知Fe³⁺、Mn²⁺沉淀的pH為表所示．

	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)的量之比應為

2：1

．
（2）步驟二中b的值為

10.4

．
（3）步驟三中洗滌干凈的標準是

洗滌至流出液呈中性

．
Ⅱ．用MnFe₂O₄熱化學循環(huán)制氫：
MnFe₂O₄（s）

1000k

MnFe₂O_（4-x）（s）+

x

2

O₂（g）△H₁
MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O→MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）△H₂
請回答下列問題：
（4）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%

．
（5）該熱化學循環(huán)制氫的優(yōu)點有

ABC

（填序號）．
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
（6）已知 2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃則：△H₃與△H₁、△H₂的關系為△H₃=

-

2

x

（△H₁+△H₂ ）

．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）由MnFe₂O₄中可知：Fe和Mn的個數(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）由工藝流程可知，加入KOH調(diào)節(jié)PH值，使Fe³⁺、Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Mn（OH）₂，F(xiàn)e³⁺、Mn²⁺開始沉淀與沉淀完全的pH選擇．
（3）沉淀可能附著KOH等，洗滌至中性保證產(chǎn)物純凈．
Ⅱ．（4）根據(jù)化合價代數(shù)和為0，計算MnFe₂O_4-x中鐵的總價態(tài)，1mol MnFe₂O_4-0.8中含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，列方程組解答．
（5）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．
（6）根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標熱化學方程式，計算△H₃與△H₁、△H₂的關系．

解答：解：Ⅰ（1）由MnFe₂O₄組成可知：Fe和Mn的個數(shù)之比為1：2，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，F(xiàn)e（NO₃）_n與Mn（NO₃）₂ 二者之比 2：1．
故答案為：2：1．
（2）由工藝流程可知，加入KOH調(diào)節(jié)PH值，使Fe³⁺、Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Mn（OH）₂，F(xiàn)e³⁺在PH=2.7開始沉淀，PH=4.2沉淀完全，Mn²⁺在PH=8.3開始沉淀，PH=10.4沉淀完全，保證Fe³⁺、Mn²⁺都完全沉淀，應控制PH≥10.4．
故答案為：10.4．
（3）沉淀可能附著KOH等，洗滌至中性，說明洗滌干凈，保證產(chǎn)物純凈．
故答案為：洗滌至流出液呈中性．
Ⅱ．（4）x=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F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺物質(zhì)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F(xiàn)e²⁺的物質(zhì)的量為1.6mol，則Fe²⁺占的百分率為

1.6mol

2mol

×100%=80%．
故答案為：80%．
（5）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．
故選：ABC．
（6）已知：①MnFe₂O₄（s）

1000k

MnFe₂O_（4-x）（s）+

x

2

O₂（g）△H₁
②MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O（g）→MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律，①+②得xH₂O（g）=

x

2

O₂（g）+xH₂（g）△H=△H₁+△H₂ ．
即2xH₂O（g）=xO₂（g）+2xH₂（g）△H′=2（△H₁+△H₂ ）．
所以2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃=-

2

x

（△H₁+△H₂ ）．
故答案為：-

2

x

（△H₁+△H₂ ）．

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、反應熱計算等，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．