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．最近研究发现，复合氧化物铁酸锰（MnFe₂O₄）可用于热化学循环分解水制氢．
Ⅰ．MnFe₂O₄的制备：
 
已知Fe³⁺、Mn²⁺沉淀的pH为表所示．

	开始沉淀	完全沉淀
Fe3+	2.7	4.2
Mn2+	8.3	10.4

（1）此工艺中理论上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物质的量之比应为

2：1

．
（2）步骤二中b的值为

10.4

．
（3）步骤三中洗涤干净的标准是

洗涤至流出液呈中性

．
Ⅱ．用MnFe₂O₄热化学循环制氢：
MnFe₂O₄（s）

1000k

MnFe₂O_（4-x）（s）+

x

2

O₂（g）△H₁
MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O→MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）△H₂
请回答下列问题：
（4）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

80%

．
（5）该热化学循环制氢的优点有

ABC

（填序号）．
A．过程简单、无污染     B．物料可循环使用
C．氧气和氢气在不同步骤生成，安全且易分离
（6）已知 2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃则：△H₃与△H₁、△H₂的关系为△H₃=

-

2

x

（△H₁+△H₂ ）

．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）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）由工艺流程可知，加入KOH调节PH值，使Fe³⁺、Mn²⁺转化为Fe（OH）₃、Mn（OH）₂，Fe³⁺、Mn²⁺开始沉淀与沉淀完全的pH选择．
（3）沉淀可能附着KOH等，洗涤至中性保证产物纯净．
Ⅱ．（4）根据化合价代数和为0，计算MnFe₂O_4-x中铁的总价态，1mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺、Fe³⁺物质的量分别为xmol、ymol，列方程组解答．
（5）由流程可看出其优点，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．
（6）根据盖斯定律构造目标热化学方程式，计算△H₃与△H₁、△H₂的关系．

解答：解：Ⅰ（1）由MnFe₂O₄组成可知：Fe和Mn的个数之比为1：2，根据质量守恒可知，Fe（NO₃）_n与Mn（NO₃）₂ 二者之比 2：1．
故答案为：2：1．
（2）由工艺流程可知，加入KOH调节PH值，使Fe³⁺、Mn²⁺转化为Fe（OH）₃、Mn（OH）₂，Fe³⁺在PH=2.7开始沉淀，PH=4.2沉淀完全，Mn²⁺在PH=8.3开始沉淀，PH=10.4沉淀完全，保证Fe³⁺、Mn²⁺都完全沉淀，应控制PH≥10.4．
故答案为：10.4．
（3）沉淀可能附着KOH等，洗涤至中性，说明洗涤干净，保证产物纯净．
故答案为：洗涤至流出液呈中性．
Ⅱ．（4）x=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x+y=2，2x+3y=4.4，联立解得：x=1.6，y=0.4，则1mol MnFe₂O_4-0.8中含Fe²⁺的物质的量为1.6mol，则Fe²⁺占的百分率为

1.6mol

2mol

×100%=80%．
故答案为：80%．
（5）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．
故选：ABC．
（6）已知：①MnFe₂O₄（s）

1000k

MnFe₂O_（4-x）（s）+

x

2

O₂（g）△H₁
②MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O（g）→MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）△H₂
根据盖斯定律，①+②得xH₂O（g）=

x

2

O₂（g）+xH₂（g）△H=△H₁+△H₂ ．
即2xH₂O（g）=xO₂（g）+2xH₂（g）△H′=2（△H₁+△H₂ ）．
所以2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃=-

2

x

（△H₁+△H₂ ）．
故答案为：-

2

x

（△H₁+△H₂ ）．

点评：以MnFe₂O₄的制备为载体，考查学生对工艺流程的理解、对实验操作的理解、化学式有关计算、反应热计算等，难度中等，综合性较强，涉及的知识点多，需要学生具备阅读分析能力和灵活运用知识的解决问题能力．