题目内容
1．随着能源问题的进一步突出，开发氢能是实现社会可持续发展的需要．利用化学循环工艺制取氢气的研究受到许多发达国家的青睐．Ⅰ．硫酸工业尾气中含有的SO2，可通过下列碘循环工艺过程制得氢气．
（1）硫酸工业上，煅烧黄铁矿制取SO2是在沸腾炉（填设备名称）中进行；煅烧产生的大量炉渣常用于炼铁，炼铁的主要原理是（用化学方程式表示）Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2．
（2）为了促进碘溶解，促使反应充分进行，刻在反应器A中加入适量的乙醇（填“苯”、“乙醇”或“四氧化碳”）；反应器C中HI受热分解时，需要不断将H2分离出来，其目的是减小H2浓度，使平衡正向移动，提高HI的分解率．
Ⅱ．最近研究发现，复合氧化物铁酸锰（MnFe2O4）应用于热化学循环分解水，也可制得氢气．其中MnFe2O4的制备流程如下：
（3）原料Fe（NO3）n中n=3，投入Fe（NO3）n和Mn（no3）2的物质的量之比为2：1．
（4）步骤2中“沉淀共生‘是指来那个中氢氧化物沉淀共同生成，则步骤5中”高温煅烧“的化学方程式为Mn（OH）2+2Fe（OH）3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MnFe2O4+4H2O．
（5）热化学循环分解制取氢气的机理为：
2MnFe2O4$\frac{\underline{\;＞730℃\;}}{\;}$2MnFe2O4-x+xO2↑；MnFe2O4-x+xH2O═MnFe2O4+xH2↑．
下列对该反应机理的特点和优点的说法中，正确的是AD（填序号）．
A．该反应过程简单，物料可以循环使用
B．该过程的总反应中，焓增大，熵减少
C．贴锰酸钾降低水分解反应热，减小能耗
D．氢气、氧气分步生成，安全且易分离
（6）若MnFe2O4-x中x=0.7，则MnFe2O4-x中Fe3+占全部铁元素的百分数为30%．
分析 Ⅰ．用硫铁矿（FeS2）燃烧产生的SO2来制硫酸，在反应器A中发生反应：SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4，在分离器B中：分离出H2SO4，反应器C中的反应为：2HI?I2+H2，将两个方程式相加得总反应为：SO2+2H2O=H2SO4+H2．
（1）硫酸工业上，煅烧黄铁矿制取SO2是在沸腾炉中；用CO还原氧化铁炼铁；
（2）碘易溶于苯和四氯化碳，但苯和四氯化碳与水不反应，也不溶于水，碘易溶于酒精，且酒精与水能以任意比互溶，根据平衡移动的原理来分析，将H2分离出来有利于平衡向右移动，利于I2和H2的生成；
Ⅱ．（3）根据MnFe2O4的制备流程，可知Mn、Fe的化合价未变，Mn（NO3）2中Mn的化合价为+2，则MnFe2O4中Fe的化合价为+3，从而求出Fe（NO3）n中的n，
由MnFe2O4中可知：Fe和Mn的个数之比为1：2，根据质量守恒，求出原料Fe（NO3）n和Mn（NO3）2的物质的量之比；
（4）步骤2中“沉淀共生”生成Mn（OH）2、Fe（OH）3沉淀，高温煅烧生成MnFe2O4，据此书写方程式；
（5）该热化学循环制取氢气的优点是过程简单、无污染、物料可循环使用、氧气和氢气在不同步骤生成，安全且易分离；
（6）根据铁的总价态不变，用方程组来解决．
解答 解：（1）硫酸工业上，煅烧黄铁矿制取SO2是在沸腾炉中；用CO还原氧化铁炼铁，方程式为：Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2；
故答案为：沸腾炉；Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2；
（2）碘易溶于苯和四氯化碳，但苯和四氯化碳与水不反应，也不溶于水，无法促进碘和二氧化硫的反应，碘易溶于酒精，且酒精与水能以任意比互溶，所以为了促进碘溶解，促使反应充分进行，刻在反应器A中加入适量的乙醇，在膜分离器中发生反应：2HI?I2+H2，将H2分离出来有利于平衡向右移动，利于I2和H2的生成，提高HI的分解率，
故答案为：乙醇；减小H2浓度，使平衡正向移动，提高HI的分解率；
Ⅱ．（3）Mn为+2价，则MnFe2O4中Fe的化合价为+3价，则Fe（NO3）n中n=3；
由MnFe2O4中可知：Fe和Mn的个数之比为2：1，所以Fe（NO3）3与Mn（NO3）2 二者的物质的量之比 2：1，
故答案为：3； 2：1；
（4）原料Fe（NO3）n和Mn（NO3）2，Mn为+2价，Fe的化合价为+3价，Fe（NO3）3和Mn（NO3）2和氢氧化钾反应，生成Mn（OH）2、Fe（OH）3沉淀，高温煅烧生成MnFe2O4，反应为：Mn（OH）2+2Fe（OH）3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MnFe2O4+4H2O，
故答案为：Mn（OH）2+2Fe（OH）3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MnFe2O4+4H2O；
（5）A．从反应机理的方程式可知，该反应过程简单，物料MnFe2O4可循环使用，故A正确；
B．该过程的总反应为2H2O═O2↑+2H2↑，为气体体积增大的反应，为吸热反应，所以焓增大，熵增大，故B错误；
C．第一步需730℃以上的温度，能耗消耗高，故C错误；
D．氧气和氢气在不同步骤生成，不存在高温气体分离的问题，安全且易分离，故D正确；
故答案为：AD；
（6）x=0.7时，铁的总价态为（4-0.7）×2-2=4.6，设1mol MnFe2O4-0.7中含Fe2+、Fe3+物质的量分别为xmol、ymol，则有：x+y=2，2x+3y=4.6，解得：x=1.4，y=0.6，
则1 mol MnFe2O4-0.7中含Fe3+的物质的量为0.6 mol，则Fe3+占的百分率为$\frac{0.6}{2}$×100%=30%，
故答案为：30%．
点评 本题综合考查物质的制备、分离以及元素化合物知识的综合理解和运用，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握物质的性质以及流程原理，题目难度中等．
名校课堂系列答案| A． | 在50g质量分数为46%的乙醇水溶液中，含有氢原子数为3NA | |
| B． | 80℃时，pH=13的Ba（OH）2溶液中含有的OH-数目为0.2NA | |
| C． | lmol有机物CH3-CH=CH-CH2-CH3中最多有9NA个原子在同一平面上 | |
| D． | l04g苯乙烯（C6H5-CH=CH2）中含有8NA的碳氢键和4NA的碳碳双键 |
| A． | CH4（g）+2NO2（g）?N2（g）+CO2（g）+2H2O（l）△H＜-867.0 KJ•mol-1 | |
| B． | 若增加甲烷的用量，平衡后体系中CO2的百分含量不一定升高 | |
| C． | 使用催化剂，可以降低反应的活化能，减少反应所放出的热量 | |
| D． | 标准状况下4.48 L CH4参加反应，转移电子数为1.6 NA |
| A． | 候氏制碱、制取肥皂的工艺过程中均应用了物质溶解度的差异 | |
| B． | “青蒿一握，以水二升渍，绞取汁”，屠呦呦提取青蒿素的过程中发生了化学变化 | |
| C． | “外观如雪，强烧之，紫青烟起”，南北朝陶弘景对硝酸钾的鉴定过程中利用了焰色反应 | |
| D． | 使用可再生资源、用超临界二氧化碳替代有机溶剂、注重原子的经济性、采用低能耗生产工艺等都是绿色化学的内容 |
| 选项 | 实验操作 | 现象 | 解释或结论 |
| A | 用铂丝蘸取溶液X进行焰色反应实验 | 火焰呈黄色 | 溶液X一定是钠盐溶液 |
| B | 将Cl2通入石蕊试液中 | 溶液先变红后褪色 | Cl2具有漂白性 |
| C | 向NaHCO3溶液中滴加NaAlO2溶液 | 有白色沉淀和气体产生 | AlO2-与HCO3-发生了双水解反应 |
| D | 向FeBr2溶液中加入少量氯水，再加 CCl4振荡 | CCl4层无色 | Fe2+的还原性强于Br- |
| A． | A | B． | B | C． | C | D． | D |
| A． | 蒸发、结晶与蒸发皿 | B． | 过滤与漏斗 | ||
| C． | 萃取、分液与分液漏斗 | D． | 蒸馏与蒸馏装置 |
，H2S的水溶液在空气中放置时，会逐渐变浑浊，这说明还H2S有强的还原性．
| A． | H2CO3（aq）=CO2（g）+H2O（l）为放热反应 | |
| B． | CO32-（aq）+H+（aq）=HCO3-（aq）△H=akJ/mol | |
| C． | HCO3-（aq）+H+（aq）=CO2（g）+H2O（l）△H=（c-b）kJ/mol | |
| D． | CO32-（aq）+2H+（aq）=CO2（g）+H2O（l）△H=（a+b-c）kJ/mol |