Question

[化學(xué)選修2：化學(xué)與技術(shù)]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(xué)循環(huán)制氫能緩解能源矛盾．最近研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）可用于熱化學(xué)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(kāi)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(zhì)的量之比應(yīng)為_(kāi)_____．
（2）控制pH的操作中m的值為_(kāi)_____．
Ⅱ、用MnFe₂O₄熱化學(xué)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(xué)方程式是______．
（4）該熱化學(xué)循環(huán)制取氫氣的優(yōu)點(diǎn)是______（填字母編號(hào)）．
A．過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)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(guò)如圖的循環(huán)流程制取太陽(yáng)能材料高純硅．



反應(yīng)①Si（粗）+3HCl（g）

553--573K  .

SiHCI₃（l）+H₂（g）
反應(yīng)②：SiHCl₃（l）+H₂（g）

1373K  .

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

Answer 1

（1）鐵酸錳的化學(xué)式為MnFe₂O₄，理論上投入原料Fe（NO₃）₃和Mn（NO₃）₂的物質(zhì)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(yīng)為10.4，故答案為：10.4；
（3）利用蓋斯定律計(jì)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(jù)氫氣燃燒的方程式H₂+

1

2

O₂═H₂O可知熱化學(xué)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(guò)程無(wú)污染，生成氣體為氫氣和氧氣，MnFe₂O₄可循環(huán)使用，產(chǎn)品易于分離，且生產(chǎn)安全，
故答案為：A、B、C；
（5）反應(yīng)①中每消耗3molHCl生成1molH₂，而反應(yīng)①中HCl的利用率和反應(yīng)②中H₂的利用率均為75%，所以反應(yīng)后剩余的HCl和H₂的體積比為3：1，則在下一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCl和H₂的體積比是3：1，故答案為：3：1．