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）MnFe₂O_（4-x）（s）+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）SiHCI₃（l）+H₂（g）
反应②：SiHCl₃（l）+H₂（g）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

【答案】分析：（1）复合氧化物铁酸锰（MnFe₂O₄）的化学式确定理论上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物质的量之比；
（2）根据表中数据Mn²⁺完全沉淀的PH可知控制pH的操作中m的值；
（3）利用盖斯定律将两热化学方程式相加之后可得水分解的热化学方程式，即可确定H₂燃烧的热化学方程式；
（4）该热化学循环制取氢气的优点是过程简单、无污染、物料可循环使用、氧气和氢气在不同步骤生成，安全且易分离；
（5）根据反应物和生成物的物质的量关系可确定需补充投入HCl和H₂的体积比．
解答：解：（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）MnFe₂O_（4-x）（s）+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+O₂═H₂O可知热化学方程式为：H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）；△H==，
故答案为：H₂（g）+O₂（g）═H₂O（l）；△H=；
（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．
点评：本题考查较为综合，涉及物质的制备和热化学方程式等问题，考查学生的评价能力，做题时注意考虑质量守恒选择原料的理论配比数．