Question

8．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：

（1）原料Fe（NO₃）_n中n=3，投入原料Fe（NO₃）_n和Mn（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2：1．
（2）步驟二中“連續(xù)攪拌”的目的是充分反應(yīng)、沉淀完全；步驟三中洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)是洗滌至流出液呈中性．
（3）利用MnFe₂O₄熱化學(xué)循環(huán)制氫的反應(yīng)可表示為：
MnFe₂O₄$\frac{\underline{\;＞1000K\;}}{\;}$MnFe₂O_4-x+$\frac{x}{2}$O2↑
MnFe₂O₄+xH₂O═MnFe₂O₄+xH₂↑
請(qǐng)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=0.8，則MnFe₂O_4-x中Fe²⁺占全部鐵元素的百分比為80%．
②該熱化學(xué)循環(huán)法制氫的優(yōu)點(diǎn)有（答兩點(diǎn)即可）過程簡單、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，因此不存在高溫氣體分離的問題等．
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．

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，
由MnFe₂O₄中可知：Fe和Mn的個(gè)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）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；
（3）①根據(jù)鐵的總價(jià)態(tài)不變，用方程組來解決；
②從可操作性、環(huán)保以及原料的價(jià)格等方面分析；
③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；
由MnFe₂O₄中可知：Fe和Mn的個(gè)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，
故答案為：3；2：1；
（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(shí)，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)、沉淀完全；洗滌至流出液呈中性；
（3）①x=0.8時(shí)，鐵的總價(jià)態(tài)為（4-0.8）×2-2=4.4，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
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=2}\\{2x+3y=4.4}\end{array}\right.$，解得：x=1.6，y=0.4，
則1 mol MnFe₂O_4-0.8中含F(xiàn)e²⁺的物質(zhì)的量為1.6 mol，則Fe²⁺占的百分率為$\frac{1.6}{2}$×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(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；
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(píng) 本題以MnFe₂O₄的制備為載體，考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、對(duì)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(shí)點(diǎn)多，需要學(xué)生具備閱讀分析能力和靈活運(yùn)用知識(shí)的解決問題能力．