Question

最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰（MnFe₂O₄）可以用于热化学循环分解水制氢，因而受到许多发达国家的青睐。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:MnFe₂O₄MnFe₂O_4﹣x+O₂↑、MnFe₂O_4﹣x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑。请认真分析上述两个反应并回答下列问题：

①若MnFe₂O_4﹣x中x=0.6，则MnFe₂O_4﹣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）。

③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

n=3 242：189 充分反应、沉淀完全 洗涤至流出液呈中性 60% 具有过程简单、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,因此不存在高温气体分离的问题等优点 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】

Fe(NO3)3和Mn(NO3)2混合搅拌，加入KOH溶液，控制pH≥10.4沉淀Fe3+、Mn2+，过滤洗涤沉淀，干燥研磨可得MnFe2O4。据此分析解答。

(1)Mn为+2价，则MnFe2O4中Fe的化合价为+3价，则Fe(NO3)n中n=3；由MnFe2O4中可知：Fe和Mn的个数之比为2∶1，所以Fe(NO3)3与Mn(NO3)2 二者的物质的量之比 2∶1，所以其质量之比为：242×2∶179=484∶179，故答案为：3；484∶179；

(2)连续搅拌是为了让Fe(NO3)n和Mn(NO3)2充分反应，由于溶液显碱性，则洗涤至洗涤液为中性时，说明沉淀上没有溶液中的离子，即沉淀已经洗涤干净，故答案为：充分反应或沉淀完全；最后一次洗涤液呈中性；

(3)①x=0.6时，铁的总价态为(4-0.6)×2-2=4.8，设1mol MnFe2O4-0.6中含Fe2+、Fe3+物质的量分别为amol、bmol，则有a+b=2，2a+3b=4.8，联立解得：a=1.2，b=0.8，则1mol MnFe2O4-0.6中含Fe2+的物质的量为1.2mol，则Fe2+占的百分率为×100%=60%，故答案为：60%；

②由流程图可以看出该热化学循环制氢法过程简单、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优点，故答案为：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优点；

③因高温消耗较多的能源，该热化学循环制氢法的改进可以通过寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或分解温度更低的氧化物，故答案为：寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或分解温度更低的氧化物。