Question

12．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：（提示：錳元素在本題所有過程中價(jià)態(tài)均不變）．
（1）推斷原料Fe（NO₃）_n中n=3．
（2）步驟二中“連續(xù)攪拌”的目的是充分反應(yīng)或沉淀完全；寫出本步驟涉及所有反應(yīng)的離子方程式：Fe³⁺+3OH^-=2Fe（OH）₃↓；Mn²⁺+2OH^-=Mn（OH）₂↓．
（3）說明步驟三中洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)：取最后一次洗滌液少許，測洗下來的溶液呈中性．
（4）利用MnFe₂O₄熱化學(xué)循環(huán)制氫的反應(yīng)可表示為：
MnFe₂O₄$\stackrel{＞1000K}{→}$MnFe₂O_4-x+$\frac{x}{2}$O₂↑；MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑．
請認(rèn)真分析上述兩個(gè)反應(yīng)并回答下列問題：
①若MnFe₂O_4-x中x=0.6，計(jì)算MnFe₂O_4-x中Fe³⁺占全部鐵元素的百分率=40%．
②該熱化學(xué)循環(huán)制氫法的優(yōu)點(diǎn)（答兩點(diǎn)即可）：具有過程簡單節(jié)約能源無污染物料廉價(jià)、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該熱化學(xué)循環(huán)法制氫尚有不足之處，指出需要進(jìn)一步改進(jìn)的研究方向：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（答一點(diǎn)即可）．

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；
（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，F(xiàn)e³⁺和Mn²⁺在堿性條件下生成沉淀；
（3）原先溶液呈堿性；
（4）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）連續(xù)攪拌是為了讓二者充分反應(yīng)，F(xiàn)e³⁺和Mn²⁺在堿性條件下生成沉淀，離子方程式：Fe³⁺+3OH^-=2Fe（OH）₃↓；Mn²⁺+2OH^-=Mn（OH）₂↓，故答案為：充分反應(yīng)或沉淀完全；Fe³⁺+3OH^-=2Fe（OH）₃↓；Mn²⁺+2OH^-=Mn（OH）₂↓；
（3）原先溶液呈堿性，取最后一次洗滌液少許，測洗下來的溶液呈中性，故答案為：取最后一次洗滌液少許，測洗下來的溶液呈中性；
（4）①x=0.6時(shí)，鐵的總價(jià)態(tài)為（4-0.6）×2-2=4.8，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=4.8
解得：x=1.2，y=0.8，
則1 mol MnFe₂O_4-0.8中含F(xiàn)e²⁺的物質(zhì)的量為1.2 mol，則Fe²⁺占的百分率為$\frac{1.2}{2}$×100%=60%，F(xiàn)e³⁺占全部鐵元素的百分率為40%，故答案為：40%；
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(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 本題以MnFe₂O₄的制備為載體，考查學(xué)生對工藝流程的理解、對實(shí)驗(yàn)操作的理解、化學(xué)式有關(guān)計(jì)算等，難度中等，綜合性較強(qiáng)，涉及的知識點(diǎn)多，需要學(xué)生具備閱讀分析能力和靈活運(yùn)用知識的解決問題能力．