[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．

[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（MnFe₂ O₄ ）可用于热化学循环分解水制氢．MnFe₂ O₄ 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MnFe₂ O₄ 热化学循环制取氢气：MnFe₂ O₄ （s）

1000K

MnFe₂ O_（4-x）（s）+

8O₂ （g）；△H₁ =akJ/mol，
MnFe₂ O_（4-x）（s）+xH₂ O（l）═MnFe₂ O₄ （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）

553--573K

SiHCI₃ （l）+H₂ （g）
反应②：SiHCl₃ （l）+H₂ （g）

1373K

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______．

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（1）铁酸锰的化学式为MnFe₂ O₄ ，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：
MnFe₂ O₄ （s）

1000K
.
MnFe₂ O_（4-x）（s）+
x
2 O₂ （g）；△H₁ =akJ/mol…①，
MnFe₂ O_（4-x）（s）+xH₂ O（1）═MnFe₂ O₄ （s）+xH₂ （g）；△H₂ =bkJ/mol…②，
根据氢气燃烧的方程式H₂ +
1
2 O₂ ═H₂ O可知热化学方程式为：H₂ （g）+
1
2 O₂ （g）═H₂ O（l）；△H= -
①+②
x = -
a+b
x kJ/mol ，
故答案为：H₂ （g）+
1
2 O₂ （g）═H₂ O（l）；△H= -
a+b
x kJ/mol ；
（4）制备过程无污染，生成气体为氢气和氧气，MnFe₂ O₄ 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．

1年前

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