Question

（2010?德陽模擬）[化學選修2：化學與技術]工業(yè)上為了使原料和能量得到充分的利用，常常采用循環(huán)操作．
Ⅰ、利用熱化學循環(huán)制氫能緩解能源矛盾．最近研究發(fā)現，復合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）可用于熱化學循環(huán)分解水制氫．MnFe₂O₄的制備：

已知Fe³⁺、Mn²⁺沉淀的pH如表所示．

	開始沉淀	完全沉淀
Fe3+	2.7	4.2
Mn2+	8.3	10.4

（1）此工藝中理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質的量之比應為

2：1

．
（2）控制pH的操作中m的值為

10.4

．
Ⅱ、用MnFe₂O₄熱化學循環(huán)制取氫氣：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燃燒的熱化學方程式是

H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）；△H=-

a+b

x

kJ/mol

．
（4）該熱化學循環(huán)制取氫氣的優(yōu)點是

A、B、C

（填字母編號）．
A．過程簡單、無污染         B．物料可循環(huán)使用   C．氧氣和氫氣在不同步驟生成，安全且易分離
Ⅲ、工業(yè)上可用H₂、HCl通過如圖的循環(huán)流程制取太陽能材料高純硅．

反應①Si（粗）+3HCl（g）

553--573K  .

SiHCI₃（l）+H₂（g）
反應②：SiHCl₃（l）+H₂（g）

1373K  .

Si（純）+3HCl（g）
（5）上圖中，假設在每一輪次的投料生產中，硅元素沒有損失，反應①中HCl的利用率和反應②中H₂的利用率均為75%．則在下一輪次的生產中，需補充投入HCl和H₂的體積比是

3：1

．

Answer 1

分析：（1）復合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）的化學式確定理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質的量之比；
（2）根據表中數據Mn²⁺完全沉淀的PH可知控制pH的操作中m的值；
（3）利用蓋斯定律將兩熱化學方程式相加之后可得水分解的熱化學方程式，即可確定H₂燃燒的熱化學方程式；
（4）該熱化學循環(huán)制取氫氣的優(yōu)點是過程簡單、無污染、物料可循環(huán)使用、氧氣和氫氣在不同步驟生成，安全且易分離；
（5）根據反應物和生成物的物質的量關系可確定需補充投入HCl和H₂的體積比．

解答：解：（1）鐵酸錳的化學式為MnFe₂O₄，理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質的量之比2：1，故答案為：2：1
（2）Mn²⁺完全沉淀的PH為10.4，控制pH的操作中m的值應為10.4，故答案為：10.4；
（3）利用蓋斯定律計算：
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，
根據氫氣燃燒的方程式H₂+

1

2

O₂═H₂O可知熱化學方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）；△H=-

①+②

x

=-

a+b

x

kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）；△H=-

a+b

x

kJ/mol；
（4）制備過程無污染，生成氣體為氫氣和氧氣，MnFe₂O₄可循環(huán)使用，產品易于分離，且生產安全，
故答案為：A、B、C；
（5）反應①中每消耗3molHCl生成1molH₂，而反應①中HCl的利用率和反應②中H₂的利用率均為75%，所以反應后剩余的HCl和H₂的體積比為3：1，則在下一輪次的生產中，需補充投入HCl和H₂的體積比是3：1，故答案為：3：1．

點評：本題考查較為綜合，涉及物質的制備和熱化學方程式等問題，考查學生的評價能力，做題時注意考慮質量守恒選擇原料的理論配比數．