Question

随着能源问题的进一步突出，利用热化学循环制氢的研究受到许多发达国家的青睐。最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰(MnFe₂O₄)也可以用于热化学循环分解水制氢，MnFe₂O₄的制备流程如下：

 (1)原料Fe(NO₃)_n中n＝____________，投入原料Fe(NO₃)_n和Mn(NO₃)₂的物质的量之比应为__________。

(2)步骤二中“连续搅拌”的目的是____________；步骤三中洗涤干净的标准是______________________。

(3)利用MnFe₂O₄热化学循环制氢的反应可表示为：

MnFe₂O₄MnFe₂O_4－x＋O₂↑

MnFe₂O_4－x＋xH₂O―→MnFe₂O₄＋xH₂↑

请认真分析上述两个反应并回答下列问题：

①若MnFe₂O_4－x中x＝0.8，则MnFe₂O_4－x中Fe^2＋占全部铁元素的百分率为__________。

②该热化学循环制氢的优点有(答两点即可)__________________________________________________。

③该热化学循环法制氢尚有不足之处，进一步改进的研究方向是______________________________。

Answer 1

解析：(1)Mn为＋2价，则MnFe₂O₄中Fe的化合价为＋3价，则Fe(NO₃)_n中n＝3，且二者比例为2∶1。

(2)连续搅拌是为了让二者充分反应，洗涤至中性保证产物纯净。

(3)①x＝0.8时，铁的总价态为(4－0.8)×2－2＝4.4，设1 mol MnFe₂O_4－0.8中含Fe^2＋、Fe^3＋物质的量分别为x mol、y mol，则有：

解得：x＝1.6，y＝0.4，则1 mol MnFe₂O_4－0.8中含Fe^2＋的物质的量为1.6 mol，则Fe^2＋占的百分率为×100%＝80%。

②③由流程可看出其优点，改进方法可从流程简洁方面考虑。

答案：(1)3　2∶1　(2)充分反应、沉淀完全　洗涤至流出液呈中性　(3)①80%

②过程简单、节约能量、无污染、物料廉价并可循环使用及氧气和氢气在不同步骤生成，不存在高温气体分离的问题等(答两点即可)

③寻找合适的催化剂，使MnFe₂O₄分解温度降低或分解温度更低的氧化物(其他合理答案亦可)