Question

【題目】最近的研究發現，復合氧化物鐵酸錳（MnFe2O4）可以用于熱化學循環分解水制氫，因而受到許多發達國家的青睞。MnFe2O4的制備流程如下：

(1)原料Fe(NO3)n中n=______，投入原料Fe(NO3)n和Mn（NO3）2的物質的量之比應為______。

(2)步驟二中“連續攪拌”的目的是______；步驟三中洗滌干凈的標準是______。

(3)利用MnFe2O4熱化學循環制氫的反應可表示為:MnFe2O4MnFe2O4﹣x+O2↑、MnFe2O4﹣x+xH2O→MnFe2O4+xH2↑。請認真分析上述兩個反應并回答下列問題：

①若MnFe2O4﹣x中x=0.6，則MnFe2O4﹣x中Fe2+占全部鐵元素的百分率為______。

②該熱化學循環制氫法的優點有______（答兩點即可）。

③該熱化學循環法制氫尚有不足之處，進一步改進的研究方向是______。

Answer 1

【答案】n=3 242：189 充分反應、沉淀完全 洗滌至流出液呈中性 60% 具有過程簡單、節約能量、無污染、物料廉價并可循環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優點 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

【解析】

Fe(NO3)3和Mn(NO3)2混合攪拌，加入KOH溶液，控制pH≥10.4沉淀Fe3+、Mn2+，過濾洗滌沉淀，干燥研磨可得MnFe2O4。據此分析解答。

(1)Mn為+2價，則MnFe2O4中Fe的化合價為+3價，則Fe(NO3)n中n=3；由MnFe2O4中可知：Fe和Mn的個數之比為2∶1，所以Fe(NO3)3與Mn(NO3)2 二者的物質的量之比 2∶1，所以其質量之比為：242×2∶179=484∶179，故答案為：3；484∶179；

(2)連續攪拌是為了讓Fe(NO3)n和Mn(NO3)2充分反應，由于溶液顯堿性，則洗滌至洗滌液為中性時，說明沉淀上沒有溶液中的離子，即沉淀已經洗滌干凈，故答案為：充分反應或沉淀完全；最后一次洗滌液呈中性；

(3)①x=0.6時，鐵的總價態為(4-0.6)×2-2=4.8，設1mol MnFe2O4-0.6中含Fe2+、Fe3+物質的量分別為amol、bmol，則有a+b=2，2a+3b=4.8，聯立解得：a=1.2，b=0.8，則1mol MnFe2O4-0.6中含Fe2+的物質的量為1.2mol，則Fe2+占的百分率為×100%=60%，故答案為：60%；

②由流程圖可以看出該熱化學循環制氫法過程簡單、節約能量、無污染、物料廉價并可循環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優點，故答案為：過程簡單、節約能量、無污染、物料廉價并可循環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優點；

③因高溫消耗較多的能源，該熱化學循環制氫法的改進可以通過尋找合適的催化劑，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。