Question

8．最近的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）可以用于熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫，因而受到許多發(fā)達(dá)國(guó)家的青睞．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的質(zhì)量之比應(yīng)為484：179．
（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)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$\stackrel{100K}{→}$MnFe₂O_4-x+$\frac{x}{2}$O₂↑；
MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑．
請(qǐng)認(rèn)真分析上述兩個(gè)反應(yīng)并回答下列問(wèn)題：
①若MnFe₂O_4-x中x=0.6，則MnFe₂O_4-x中Fe²⁺占全部鐵元素的百分率為80%．
②該熱化學(xué)循環(huán)新氫法的優(yōu)點(diǎn)有過(guò)程簡(jiǎn)單、節(jié)約能量、無(wú)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(wèn)題等（答兩點(diǎn)即可）．
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，再求質(zhì)量比；
（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(lái)解答；
（3）①根據(jù)鐵的總價(jià)態(tài)不變，用方程組來(lái)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(jiǎn)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，質(zhì)量比為（242×2）：（179×1）=484：179；
故答案為：3；484：179；
（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(shuō)明沉淀上沒(méi)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：x=y=2，2x+3y=4.4，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(guò)程簡(jiǎn)單、節(jié)約能量、無(wú)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(wèn)題等，
故答案為：過(guò)程簡(jiǎn)單、節(jié)約能量、無(wú)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(wèn)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(wèn)題能力．