Question

隨著能源問題的進(jìn)一步突出，利用熱化學(xué)循環(huán)制氫的研究受到許多發(fā)達(dá)國家的青睞。最近的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物鐵酸錳(MnFe2O4)也可以用于熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫，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(zhì)的量之比應(yīng)為________。

(2)步驟二中“連續(xù)攪拌”的目的是__________________________________________

步驟三中洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)是________________________________________________

(3)利用MnFe2O4熱化學(xué)循環(huán)制氫的反應(yīng)可表示為：

MnFe2O4MnFe2O4－x＋O2↑；

MnFe2O4－x＋xH2OMnFe2O4＋xH2↑

請(qǐng)認(rèn)真分析上述兩個(gè)反應(yīng)并回答下列問題：

①若MnFe2O4－x中x＝0.8，則MnFe2O4－x中Fe2＋占全部鐵元素的百分率為________。

②該熱化學(xué)循環(huán)制氫法的優(yōu)點(diǎn)有_____________________、________________________ (答兩點(diǎn)即可)。

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___________________________________________________________。

 

Answer 1

(1)3　2∶1

(2)充分反應(yīng)、沉淀完全　洗滌至洗滌液呈中性

(3)①80%　②具有過程簡單、無污染、原料廉價(jià)并可循環(huán)使用及氧氣和氫氣在不同步驟生成，因此不存在高溫氣體的分離等優(yōu)點(diǎn)。

③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】(1)分析MnFe2O4中各元素的化合價(jià)，Mn為＋2價(jià)，Fe為＋3價(jià)，則Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，因此Fe(NO3)n中n＝3。根據(jù)元素守恒，原料Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2∶1。

(2)步驟二中“連續(xù)攪拌”可使Fe(NO3)3和Mn(NO3)2的混合溶液在堿性條件下充分反應(yīng)，沉淀完全。

步驟三中沉淀是否洗滌干凈可通過檢驗(yàn)洗滌液的酸堿性，當(dāng)洗滌液呈中性時(shí)，說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈。

(3)①MnFe2O4－x中x＝0.8，則化學(xué)式為MnFe2O3.2，Fe的平均化合價(jià)為＋2.2。

設(shè)在該化合物中含有1 mol Fe時(shí)，其中Fe2＋的物質(zhì)的量為a mol，則Fe3＋的物質(zhì)的量為(1－a)mol。因此＝2.2，解得a＝0.8。Fe2＋占全部鐵元素的百分率為×100%＝80%。

③分析該熱化學(xué)循環(huán)過程，MnFe2O4的分解溫度較高，在加熱過程中需消耗較多能量，因此可尋找合適的催化劑，使MnFe2O4分解溫度降低或找分解溫度更低的氧化物進(jìn)行探究。