Question

[化学选修2：化学与技术]工业上为了使原料和能量得到充分的利用，常常采用循环操作．
Ⅰ、利用热化学循环制氢能缓解能源矛盾．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．MnFe₂O₄的制备：



已知Fe³⁺、Mn²⁺沉淀的pH如表所示．

	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）控制pH的操作中m的值为______．
Ⅱ、用MnFe₂O₄热化学循环制取氢气：MnFe₂O₄（s）

1000K  .

MnFe₂O_（4-x）（s）+

x

2

8O₂（g）；△H₁=akJ/mol，
MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O（l）═MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）；△H₂=bkJ/mol，
（3）由上可知，H₂燃烧的热化学方程式是______．
（4）该热化学循环制取氢气的优点是______（填字母编号）．
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
Ⅲ、工业上可用H₂、HCl通过如图的循环流程制取太阳能材料高纯硅．



反应①Si（粗）+3HCl（g）

553--573K  .

SiHCI₃（l）+H₂（g）
反应②：SiHCl₃（l）+H₂（g）

1373K  .

Si（纯）+3HCl（g）
（5）上图中，假设在每一轮次的投料生产中，硅元素没有损失，反应①中HCl的利用率和反应②中H₂的利用率均为75%．则在下一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的体积比是______．

Answer 1

（1）铁酸锰的化学式为MnFe₂O₄，理论上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物质的量之比2：1，故答案为：2：1
（2）Mn²⁺完全沉淀的PH为10.4，控制pH的操作中m的值应为10.4，故答案为：10.4；
（3）利用盖斯定律计算：
MnFe₂O₄（s）

1000K  .

MnFe₂O_（4-x）（s）+

x

2

O₂（g）；△H₁=akJ/mol…①，
MnFe₂O_（4-x）（s）+xH₂O（1）═MnFe₂O₄（s）+xH₂（g）；△H₂=bkJ/mol…②，
根据氢气燃烧的方程式H₂+

1

2

O₂═H₂O可知热化学方程式为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）；△H=-

①+②

x

=-

a+b

x

kJ/mol，
故答案为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）；△H=-

a+b

x

kJ/mol；
（4）制备过程无污染，生成气体为氢气和氧气，MnFe₂O₄可循环使用，产品易于分离，且生产安全，
故答案为：A、B、C；
（5）反应①中每消耗3molHCl生成1molH₂，而反应①中HCl的利用率和反应②中H₂的利用率均为75%，所以反应后剩余的HCl和H₂的体积比为3：1，则在下一轮次的生产中，需补充投入HCl和H₂的体积比是3：1，故答案为：3：1．