Question

【題目】最近的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物鐵酸錳（MnFe2O4）可以用于熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫，因而受到許多發(fā)達(dá)國家的青睞。MnFe2O4的制備流程如下：

(1)原料Fe(NO3)n中n=______，投入原料Fe(NO3)n和Mn（NO3）2的物質(zhì)的量之比應(yīng)為______。

(2)步驟二中“連續(xù)攪拌”的目的是______；步驟三中洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)是______。

(3)利用MnFe2O4熱化學(xué)循環(huán)制氫的反應(yīng)可表示為:MnFe2O4MnFe2O4﹣x+O2↑、MnFe2O4﹣x+xH2O→MnFe2O4+xH2↑。請認(rèn)真分析上述兩個反應(yīng)并回答下列問題：

①若MnFe2O4﹣x中x=0.6，則MnFe2O4﹣x中Fe2+占全部鐵元素的百分率為______。

②該熱化學(xué)循環(huán)制氫法的優(yōu)點(diǎn)有______（答兩點(diǎn)即可）。

③該熱化學(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______。

Answer 1

【答案】n=3 242：189 充分反應(yīng)、沉淀完全 洗滌至流出液呈中性 60% 具有過程簡單、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,因此不存在高溫氣體分離的問題等優(yōu)點(diǎn) 尋找合適的催化劑,使MnFe2O4分解溫度降低或找分解溫度更低的氧化物

【解析】

Fe(NO3)3和Mn(NO3)2混合攪拌，加入KOH溶液，控制pH≥10.4沉淀Fe3+、Mn2+，過濾洗滌沉淀，干燥研磨可得MnFe2O4。據(jù)此分析解答。

(1)Mn為+2價，則MnFe2O4中Fe的化合價為+3價，則Fe(NO3)n中n=3；由MnFe2O4中可知：Fe和Mn的個數(shù)之比為2∶1，所以Fe(NO3)3與Mn(NO3)2 二者的物質(zhì)的量之比 2∶1，所以其質(zhì)量之比為：242×2∶179=484∶179，故答案為：3；484∶179；

(2)連續(xù)攪拌是為了讓Fe(NO3)n和Mn(NO3)2充分反應(yīng)，由于溶液顯堿性，則洗滌至洗滌液為中性時，說明沉淀上沒有溶液中的離子，即沉淀已經(jīng)洗滌干凈，故答案為：充分反應(yīng)或沉淀完全；最后一次洗滌液呈中性；

(3)①x=0.6時，鐵的總價態(tài)為(4-0.6)×2-2=4.8，設(shè)1mol MnFe2O4-0.6中含Fe2+、Fe3+物質(zhì)的量分別為amol、bmol，則有a+b=2，2a+3b=4.8，聯(lián)立解得：a=1.2，b=0.8，則1mol MnFe2O4-0.6中含Fe2+的物質(zhì)的量為1.2mol，則Fe2+占的百分率為×100%=60%，故答案為：60%；

②由流程圖可以看出該熱化學(xué)循環(huán)制氫法過程簡單、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優(yōu)點(diǎn)，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優(yōu)點(diǎn)；

③因高溫消耗較多的能源，該熱化學(xué)循環(huán)制氫法的改進(jìn)可以通過尋找合適的催化劑，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。