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↑
请认真回答下列问题：
①若MnFe₂O_4-x中x=0.8，则MnFe₂O_4-x中Fe²⁺占全部铁元素的百分率为：______
②该化学循环制氢的优点是：______
③该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

【答案】分析：（1）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；
（2）根据搅拌的通常目的和判断沉淀是否洗涤干净的方法来解答；
（3）①根据铁的总价态不变，用方程组来解决；     
②③由流程可看出其优点，改进方法可从流程简洁方面考虑．
解答：解：（1）Mn为+2价，则MnFe₂O₄中Fe的化合价为+3价，则Fe（NO₃）_n中n=3，且Fe（NO₃）_n与Mn（NO₃）₂ 二者之比 2：1，故答案为：3；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，故答案为：充分反应或沉淀完全 洗涤至流出液呈中性；   
（3）①x=0.8时，铁的总价态为（4-0.8）×2-2=4.4，设1mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺、Fe³⁺物质的量分别为xmol、ymol，则有
，解得：x=1.6，y=0.4，
则1 mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺的物质的量为1.6 mol，则Fe²⁺占的百分率为1.6/2×100%=80%，故答案为：80%；
②由流程图可以看出过程简单、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，
故答案为：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因高温消耗较多的能源，则寻找合适的催化剂，使MnFe₂O₄分解温度降低或分解温度更低的氧化物，故答案为：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．
点评：本题是一道化工工艺流程的题目，该类题目的特点是：综合性较强，涉及的知识点多，考查了学生分析问题和运用知识的能力．