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的物质的量之比应为________。

(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：

MnFe2O4MnFe2O4－x＋O2↑；

MnFe2O4－x＋xH2OMnFe2O4＋xH2↑

请认真分析上述两个反应并回答下列问题：

①若MnFe2O4－x中x＝0.8，则MnFe2O4－x中Fe2＋占全部铁元素的百分率为________。

②该热化学循环制氢法的优点有_____________________、________________________ (答两点即可)。

该热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

(1)3　2∶1

(2)充分反应、沉淀完全　洗涤至洗涤液呈中性

(3)①80%　②具有过程简单、无污染、原料廉价并可循环使用及氧气和氢气在不同步骤生成，因此不存在高温气体的分离等优点。

③寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物

【解析】(1)分析MnFe2O4中各元素的化合价，Mn为＋2价，Fe为＋3价，则Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的反应不是氧化还原反应，因此Fe(NO3)n中n＝3。根据元素守恒，原料Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的物质的量之比应为2∶1。

(2)步骤二中“连续搅拌”可使Fe(NO3)3和Mn(NO3)2的混合溶液在碱性条件下充分反应，沉淀完全。

步骤三中沉淀是否洗涤干净可通过检验洗涤液的酸碱性，当洗涤液呈中性时，说明沉淀已经洗涤干净。

(3)①MnFe2O4－x中x＝0.8，则化学式为MnFe2O3.2，Fe的平均化合价为＋2.2。

设在该化合物中含有1 mol Fe时，其中Fe2＋的物质的量为a mol，则Fe3＋的物质的量为(1－a)mol。因此＝2.2，解得a＝0.8。Fe2＋占全部铁元素的百分率为×100%＝80%。

③分析该热化学循环过程，MnFe2O4的分解温度较高，在加热过程中需消耗较多能量，因此可寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物进行探究。