資源簡介

第14講　過渡金屬與化工流程
[課程標準]　1.了解熱點過渡金屬及其化合物的轉化。2.能用熱重分析法計算判斷金屬化合物的組成。
考點一　熱重分析法的應用
INCLUDEPICTURE "要點梳理.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\1\\要點梳理.TIF" \* MERGEFORMATINET
1．設晶體為1 mol，其質量為m。
2．失重一般是先失水，再失非金屬氧化物。
3．計算每步固體剩余的質量(m余)，
×100%＝固體殘留率。
4．晶體中金屬質量不再減少，仍在m余中。
5．失重最后一般為金屬氧化物，由質量守恒得m氧，由n金屬∶n氧即可求出失重后物質的化學式。
INCLUDEPICTURE "核心突破.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\1\\核心突破.TIF" \* MERGEFORMATINET
1．取3.92 g摩爾鹽[(NH4)2SO4·FeSO4·xH2O]產品，在隔絕空氣的條件下加熱至135 ℃時完全失去結晶水，此時固體質量為2.84 g，則該摩爾鹽結晶水個數x＝________。
解析：　m[(NH4)2SO4·FeSO4]＝2.84 g，
n[(NH4)2SO4·FeSO4]＝＝0.01 mol，m(H2O)＝3.92 g－2.84 g＝1.08 g，n(H2O)＝＝0.06 mol，則該摩爾鹽結晶水個數x＝＝6。
答案：　6
2．CoCl2·6H2O晶體受熱易分解，取119 g該晶體加熱至某一溫度，得到CoCl2·xH2O晶體83 g，則x＝________。
解析：　119 g該晶體的物質的量為＝0.5 mol，含結晶水3 mol，加熱后失去結晶水的質量為119 g－83 g＝36 g，n(H2O)＝＝2 mol，則0.5 mol CoCl2·xH2O含結晶水為3 mol－2 mol＝1 mol，所以x＝2。
答案：　2
3．“煅燒”NiSO4·6H2O晶體時剩余固體質量與溫度變化曲線如圖，該曲線中B段所表示氧化物的名稱為________。
解析：　26.3 g NiSO4·6H2O晶體的物質的量為＝0.1 mol，0.1 mol該晶體中含Ni的質量為0.1 mol×59 g·mol－1＝5.9 g，該晶體受熱先失結晶水，再分解得到鎳的氧化物，根據原子守恒，8.3 g氧化物中Ni的質量為5.9 g，那么O的質量為2.4 g即0.15 mol，所以固體氧化物中n(Ni)∶n(O)＝0.1 mol∶0.15 mol＝2∶3，所以B段所表示氧化物的名稱為三氧化二鎳。
答案：　三氧化二鎳
4．CoO溶于鹽酸可得粉紅色的CoCl2溶液，CoCl2·6H2O晶體受熱分解時，剩余固體質量隨溫度變化的示意關系如圖，B段物質的化學式是_____________________________。
解析：　476 mg CoCl2·6H2O的物質的量是＝0.002 mol，其中結晶水的質量是0.216 g，根據圖像可知固體質量由476 mg變為332 mg，質量減少144 mg，這說明該階段減少水的物質的量是＝0.008 mol，剩余水的物質的量是0.004 mol，質量是0.072 g，則A段物質的化學式為CoCl2·2H2O。A到B階段固體質量減少332 mg－296 mg＝36 mg，則剩余水的質量是72 mg－36 mg＝36 mg，物質的量是0.002 mol，因此B對應物質的化學式是CoCl2·H2O。
答案：　CoCl2·H2O
考點二　化工流程題中的過渡金屬
INCLUDEPICTURE "要點梳理.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\1\\要點梳理.TIF" \* MERGEFORMATINET
過渡金屬元素常具有多種可變化合價，形成化合物種類較多，近年高考題常以Cr、Mn、V、Zn等元素化合物的制備流程為載體，考查不同價態物質轉化規律，條件控制、物質的分離提純等關鍵能力。
INCLUDEPICTURE "核心突破.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024《金版新學案》高三總復習 新教材 化學 人教版（雙選）B\\圖片\\1\\核心突破.TIF" \* MERGEFORMATINET
1．(2022·山東師范大學附中模擬預測)實驗室以含鋅廢液(主要成分為ZnSO4，含少量的Fe2＋、Mn2＋)為原料制備ZnCO3·2Zn(OH)2的實驗流程如下：
下列說法正確的是(　　)
A．過二硫酸鈉(Na2S2O8)中硫元素的化合價為＋7價
B．氧化除錳后的溶液中存在：Na＋、Zn2＋、Fe2＋、SO
C．調節pH時試劑X可以選用Zn、ZnO、ZnCO3等物質
D．沉鋅時的離子方程式為3Zn2＋＋6HCO===ZnCO3·2Zn(OH)2↓＋5CO2↑＋H2O
D　[把流程中前兩步過濾后溶液編號為：濾液1、濾液2，由題給流程可知，向含鋅廢液中加入過二硫酸鈉溶液，將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，錳離子氧化為二氧化錳，過濾得到二氧化錳和濾液1；向濾液1中加入氧化鋅或碳酸鋅等調節溶液pH，將鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾得到氫氧化鐵和濾液2；向濾液2中加入碳酸氫銨溶液，將鋅離子轉化為ZnCO3·2Zn(OH)2沉淀，過濾得到濾液和ZnCO3·2Zn(OH)2。A.過二硫酸鈉中含有過氧鍵，分子中硫元素的化合價為＋6價，故A錯誤；B.由分析可知，氧化除錳后的溶液中存在的離子為Na＋、Zn2＋、Fe3＋、SO，故B錯誤；C.溶液中鐵離子能與鋅反應生成氯化亞鐵和氯化鋅，所以調節溶液pH時試劑X不能選用鋅，故C錯誤；D.沉鋅時發生的反應為溶液中鋅離子與碳酸氫根離子反應生成ZnCO3·2Zn(OH)2沉淀、二氧化碳和水，反應的離子方程式為3Zn2＋＋6HCO===ZnCO3·2Zn(OH)2↓＋5CO2↑＋H2O，故D正確。]
2．(2022·湖北黃岡中學二模)電鍍污泥(包含Ni、Ca、Fe、Al等金屬陽離子)對環境污染極大，是典型危險廢棄物。某科研團隊設計了從電鍍污泥中提取鎳的流程，如圖所示。
根據以上信息，下列說法錯誤的是(　　)
學生用書?第67頁
A.“浸出渣”的主要成分可能是CaCO3、Fe(OH)3、Al(OH)3
B．“氨浸”時適當提高氨水濃度和反應溫度，有利于增大浸出率
C．該流程中“有機萃取劑”和“萃余液”均可重復使用，且重復使用的目的相同
D．“富集”與“還原”之間的操作可能是沉淀、過濾、洗滌、干燥、灼燒
C　[A.電鍍污泥(包含Ni、Ca、Fe、Al等金屬陽離子)，研磨后加入碳酸銨、氨水進行氨浸后除去浸出渣，鈣離子與碳酸根離子反應生成CaCO3，溶液pH增大促進Fe3＋、Al3＋的水解，轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3，故浸出渣主要成分為CaCO3、Fe(OH)3、Al(OH)3，選項A正確；B.“氨浸”時適當提高氨水濃度，pH值增大，升高反應溫度，均促進Fe3＋、Al3＋的水解，有利于增大浸出率，選項B正確；C.該流程中“有機萃取劑”和“萃余液”均可重復使用，但前者重復使用的目的是充分利用萃取劑，而后者是為了提高Ni的萃取率，目的不相同，選項C錯誤；D.“富集”與“還原”之間的操作是將溶液中的Ni轉化后處理富集且轉化為粗鎳，可能是沉淀、過濾、洗滌、干燥、灼燒，選項D正確。]
3．(2021·河北衡水中學二模)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環境又有利于資源綜合利用，廢釩催化劑的主要成分為V2O5、V2O4、K2SO4、Al2O3、SiO2、Fe2O3，如圖為廢釩催化劑回收工藝路線，其中“離子交換”和“洗脫”過程可簡單表示為4ROH＋V4O R4V4O12＋4OH－(ROH為強堿性陰離子交換樹脂)：
下列說法錯誤的是(　　)
A．“酸浸”時V2O5轉化為VO，反應的離子方程式為V2O5＋2H＋===2VO＋H2O
B．“廢渣1”的主要成分是SiO2
C．“氧化”中欲使3 mol的VO2＋變為VO，則需要氧化劑KClO3至少為0.5 mol
D．為了提高洗脫效率，淋洗液應該呈酸性
D　[V2O5、V2O4、K2SO4、Al2O3、SiO2、Fe2O3等加入稀硫酸反應生成(VO2)2SO4、VOSO4、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3，SiO2不與硫酸反應，過濾后，向濾液中加KClO3，將VOSO4氧化為(VO2)2SO4，加KOH溶液沉淀鋁離子和鐵離子，再進行離子交換，再用堿液淋洗得到V4O，再加入氯化銨沉釩，再將固體煅燒得到V2O5。A.“酸浸”時V2O5和硫酸反應生成(VO2)2SO4和水，反應的離子方程式為V2O5＋2H＋===2VO＋H2O，故A正確；B.SiO2不與硫酸反應，因此“廢渣1”的主要成分是SiO2，故B正確；C.VO2＋中＋4價V變為VO中＋5價V，化合價升高1個價態，KClO3中＋5價Cl變為－1價Cl，降低6個價態， “氧化”中欲使3 mol的VO2＋變為VO，即轉移3 mol電子，因此需要氧化劑KClO3至少為＝0.5 mol，故C正確；D.根據“離子交換”和“洗脫”過程可簡單表示為4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－，因此為了提高洗脫效率，淋洗液應該呈堿性，增大氫氧根濃度，促使反應向洗脫方向進行，故D錯誤。]
真題演練　明確考向
1．[2019·全國卷Ⅰ，27(5)]采用熱重分析法測定硫酸鐵銨晶體樣品所含結晶水數，將樣品加熱到150 ℃時失掉1.5個結晶水，失重5.6%。硫酸鐵銨晶體的化學式為________________________________________________________________________。
解析：　失重5.6%是質量分數，設硫酸鐵銨結晶水合物的化學式為NH4Fe(SO4)2·xH2O，由題意知＝，解得x≈12。
答案：　NH4Fe(SO4)2·12H2O
2．[全國卷Ⅱ，27(4)]PbO2在加熱過程發生分解的失重曲線如圖所示，已知失重曲線上的a點為樣品失重4.0%(即×100%)的殘留固體。若a點固體組成表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計算x值和m∶n值。
答案：　根據PbO2PbOx＋O2↑，有×32＝239×4.0%，解得x＝2－≈1.4，根據mPbO2·nPbO，有＝1.4，得＝＝
3．(2022·全國甲卷)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫學上有諸多應用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：
本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數如下表：
離子 Fe3＋ Zn2＋ Cu2＋ Fe2＋ Mg2＋
Ksp 4.0×10－38 6.7×10－17 2.2×10－20 8.0×10－16 1.8×10－11
回答下列問題：
(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學方程式為_________________________________
________________________________________________________________________。
(2)為了提高鋅的浸取效果，可采取的措施有________________、________________。
(3)加入物質X調溶液pH＝5，最適宜使用的X是________(填標號)。
A．NH3·H2O　　　B．Ca(OH)2　　　C．NaOH
濾渣①的主要成分是________、________、______。
(4)向80～90 ℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應后過濾，濾渣②中有MnO2，該步反應的離子方程式為_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)濾液②中加入鋅粉的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(6)濾渣④與濃H2SO4反應可以釋放HF并循環利用，同時得到的副產物是________、________。
解析：　由題干信息，菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，結合流程圖分析，菱鋅礦焙燒，主要發生反應ZnCO3ZnO＋CO2↑，再加入H2SO4浸取，得到含Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的溶液，加入物質X調節pH＝5，結合表格數據，過濾得到Fe(OH)3、CaSO4、SiO2的濾渣①，濾液①中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Mg2＋、Ca2＋、Fe2＋，再向濾液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2＋，過濾得到Fe(OH)3和MnO2的濾渣②，濾液②中加入鋅粉，發生反應Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，過濾后得到濾渣③為Cu，再向濾液③中加入HF脫鈣鎂，過濾得到濾渣④為CaF2、MgF2，濾液④為ZnSO4溶液，經一系列處理得到ZnSO4·7H2O，據此分析解答。(3)A.NH3·H2O受熱易分解產生NH3污染空氣，且經濟成本較高，故A不適宜；B.Ca(OH)2不會引入新的雜質，且成本較低，故B適宜；C.NaOH會引入雜質Na＋，且成本較高，C不適宜；當沉淀完全時(離子濃度小于10－5 mol/L)，結合表格Ksp計算各離子完全沉淀時pH＜5的只有Fe3＋，故濾渣①中有Fe(OH)3，又CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故濾渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSO4、SiO2；(4)向80～90 ℃濾液①中加入KMnO4溶液，可氧化Fe2＋，得到Fe(OH)3和MnO2的濾渣②，反應的離子方程式為3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋；(5)濾液②中加入鋅粉，發生反應Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故加入鋅粉的目的為置換Cu2＋為Cu從而除去；(6)由分析，濾渣④為CaF2、MgF2，與濃硫酸反應可得到HF，同時得到的副產物為CaSO4、MgSO4。
答案：　(1)ZnCO3ZnO＋CO2↑　(2)將焙燒后的產物碾碎，增大接觸面積　增大硫酸的濃度　
(3)B　Fe(OH)3　CaSO4　SiO2　
(4)3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋　(5)置換Cu2＋為Cu從而除去　(6)CaSO4　MgSO4
課時精練(十四)　過渡金屬與化工流程
(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)
1．(2022·遼寧模擬預測)利用閃鋅礦[主要成分為ZnS，還有Fe、Co、In(銦)、F、Cl等元素]生產Zn的一種工藝流程如圖所示。下列說法中正確的是(　　)
已知：焙燒時，Fe、Co均轉化為＋3價的氧化物；CaF2易成膠狀。
A．Na2S2O4在“除雜1”中作氧化劑
B．“氣體2”中含有有色氣體，由此說明氧化性：Cl2＞O3
C．“除氟”時，適量的CaCO3可以防止形成氟化鈣膠體，提高氟的沉降率
D.“溶浸”時，易形成難溶的ZnFe2O4和In2(Fe2O4)3，其中Fe元素的化合價為＋6價
C　[閃鋅礦焙燒后產生氣體1為SO2，Fe、Co、In均轉化為＋3價的氧化物；硫酸溶浸后得到Fe3＋、Co3＋、In3＋，不溶性物質進入浸渣，上層清液中加入Na2S2O4, Co3＋轉化為Co(OH)2沉淀，Co化合價降低，Na2S2O4為還原劑；O3除雜2產生氣體2為Cl2，剩下濾液中加氫氧化鈣和碳酸鈣進行除氟，由于CaF2易成膠狀，除氟時適量的碳酸鈣可以使生成的氟化鈣附著在碳酸鈣表面形成沉淀，防止氟化鈣形成膠體，提高氟的沉降率，濾液經過電解得到金屬鋅。A.焙燒時，Co會轉化為Co2O3，加入Na2S2O4可將Co3＋轉化為Co2＋，Na2S2O4作還原劑，A錯誤；B.－1價氯元素會和臭氧反應生成氯氣，說明氧化性O3＞Cl2，B錯誤；C.CaF2易成膠狀，除氟時適量的碳酸鈣可以使生成的氟化鈣附著在碳酸鈣表面形成沉淀，防止氟化鈣形成膠體，提高氟的沉降率，C正確；D.ZnFe2O4中鋅、氧的化合價分別為＋2、－2，則鐵元素的化合價為＋3，In2(Fe2O4)3中Fe元素的化合價為＋3，D錯誤。]
2．如今環境保護越來越受重視，某化工集團為減少環境污染，提高資源的利用率，將鈦廠、氯堿廠、甲醇廠進行聯合生產。其主要生產工藝如下(FeTiO3中Ti為＋4價)：
下列敘述正確的是(　　)
A．該流程中只有“電解”“氯化”涉及氧化還原反應
B．“合成”反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶1
C．“氯化”時反應方程式為7Cl2＋2FeTiO3＋6C===2FeCl3＋2TiCl4＋6CO(條件省略)
D．上述流程中“Mg，Ar”可用“Mg，CO2”代替
C　[由氫氣合成甲醇的過程中也涉及氧化還原反應，A項錯誤；根據CO＋2H2===CH3OH可以看出，氧化劑和還原劑的物質的量之比為1∶2，B項錯誤；根據工藝流程圖不難看出“氯化”即氯氣、鈦鐵礦和焦炭反應得到四氯化鈦、一氧化碳和氯化鐵的過程，C項正確；二氧化碳和鎂會發生反應，因此不能用二氧化碳來作保護氣，D項錯誤。]
3．鉭酸鋰(LiTaO3)是功能材料領域的“萬能”材料，具有良好的機械性能。某企業利用含鉭廢渣(主要含Ta2O3·FeO、Al2O3及油脂等)制備鉭酸鋰的工藝流程如下：
已知：①“鈉鹽和氧化物”中主要成分有NaTaO3、NaAlO2、Fe2O3等；②正五價的鉭元素具有一定的氧化性。
下列說法錯誤的是(　　)
A．通空氣目的是氧化Ta2O3·FeO生成NaTaO3和Fe2O3同時將油脂氧化除去
B．“濾渣Ⅰ”中主要成分是Fe2O3
C．“溶液Ⅱ”中最好將鹽酸換為硫酸
D．實驗室模擬“灼燒”時，主要儀器有瓷坩堝、酒精燈、玻璃棒等
D　[A.通空氣除氧化Ta2O3·FeO生成NaTaO3和Fe2O3外，還可以將油脂氧化除去，A項正確；B.由鈉鹽和氧化物主要成分可知，過濾后的濾渣Ⅰ中主要成分是Fe2O3，B項正確；C.正五價的鉭元素具有一定的氧化性，鹽酸有還原性，為防止發生氧化還原反應，溶液Ⅱ中最好將鹽酸換為硫酸，C項正確；D.灼燒時瓷坩堝的主要成分為二氧化硅，能與Li2CO3發生反應，D項錯誤。]
4．將Ce(SO4)2·4H2O(摩爾質量為404 g·mol－1)在空氣中加熱，樣品的固體殘留率(×100%)隨溫度的變化如下圖所示。
當固體殘留率為70.3%時，所得固體可能為______(填字母)。
A．Ce(SO4)2　　　B．Ce2(SO4)3　　　C．CeOSO4
解析：　404×70.3%≈284，A項的相對分子質量為332，B項的相對分子質量為568，C項的相對分子質量為252；因為B項中有兩個Ce，根據質量守恒808×70.3%≈568。
答案：　B
5．PbO2受熱會隨溫度升高逐步分解。稱取23.9 g PbO2，將其加熱分解，受熱分解過程中固體質量隨溫度的變化如圖所示。
A點與C點對應物質的化學式分別為________、________。
解析：　二氧化鉛是0.1 mol，其中氧原子是0.2 mol。A點，固體減少0.8 g，則剩余氧原子的物質的量是0.15 mol，此時剩余的鉛和氧原子的個數之比是2∶3，A點對應的物質是Pb2O3。同理可得出C點對應物質是PbO。
答案：　Pb2O3　PbO
6．25.35 g MnSO4·H2O樣品受熱分解過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化的曲線)如圖所示：
(1)300 ℃時，所得固體的化學式為________。
(2)1 150 ℃時，反應的化學方程式為______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)25.35 g MnSO4·H2O樣品中n(Mn)＝n(MnSO4·H2O)＝0.15 mol ，其中n(H2O)＝0.15 mol ，m(H2O)＝2.7 g，300 ℃時，所得固體質量為22.65 g，減少的質量為2.7 g，則說明該段失去結晶水，此時固體為MnSO4。
(2)溫度繼續升高，固體MnSO4受熱分解生成錳的氧化物和硫的氧化物0.15 mol ，850 ℃時，固體質量由22.65 g減少到13.05 g，減少的質量為9.6 g，則硫的氧化物的相對分子質量為64，故為二氧化硫，則此時的固體為MnO2，1 150 ℃時固體為二氧化錳分解所得，由錳元素質量守恒，則m(Mn)＝n(Mn)×55 g·mol－1＝8.25 g，則氧化物中m(O)＝11.45 g－8.25 g＝3.2 g，n(O)＝0.2 mol ，故n(Mn)∶n(O)＝0.15∶0.2＝3∶4，則該氧化物為Mn3O4，故反應的化學方程式為3MnO2Mn3O4＋O2↑。
答案：　(1)MnSO4　(2)3MnO2Mn3O4＋O2↑
7．堿式碳酸鋁鎂[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃劑。為確定堿式碳酸鋁鎂的組成，進行如下實驗：
①準確稱取3.390 g樣品與足量稀鹽酸充分反應，生成0.560 L CO2(已換算成標準狀況下)。
②另取一定量樣品在空氣中加熱，樣品的固體殘留率(×100%)隨溫度的變化如圖所示(樣品在270 ℃時已完全失去結晶水，600 ℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物)。
根據以上實驗數據計算堿式碳酸鋁鎂樣品中的n(OH－)∶n(CO)＝________。
解析：　堿式碳酸鋁鎂的化學式不確定，題中只表示為MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O，無法求得摩爾質量。試題中以3.390 g樣品為研究對象，不妨暫定3.390 g樣品為1 mol。3.390 g樣品與足量的稀鹽酸充分反應，生成CO2體積為0.560 L(標準狀況)。n(CO2)＝＝0.025 mol，根據C元素守恒，即可確定d為0.025。270 ℃時已完全失去結晶水，失去結晶水的質量為3.390 g×(1－73.45%)≈0.9 g，600 ℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物，說明又失去了除結晶水外的氫元素。失去的氫元素只能再結合樣品中的氧元素生成水。600 ℃時失重的質量為3.390 g×(1－37.02%)≈2.135 g，失去氫元素再生成水的質量為2.135 g－(0.025 mol×44 g·mol－1)－0.9 g＝0.135 g。n(H)＝×2＝0.015 mol，根據氫元素守恒，c＝0.015。故堿式碳酸鋁鎂樣品中的n(OH－)∶n(CO)＝0.015∶0.025＝3∶5。
答案：　3∶5
8．利用釩鈦磁鐵礦冶煉后產生的釩渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸鹽)生產V2O5的工藝流程如下，回答下列問題：
已知：①V2O5、Al2O3、SiO2可與Na2CO3、NaCl組成的混合鈉鹽在高溫下反應，并轉化為NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性鈉鹽。
②AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
(1)焙燒Ⅰ包括氧化和鈉化成鹽兩個過程，氧化的目的是獲得V2O5，寫出氧化過程中FeO·V2O3發生反應的化學方程式： _______________________________________________
________________________________________________________________________；
廢渣Ⅰ的主要成分是____________；
精制Ⅰ中加鹽酸調pH的主要作用是_____________________________________
________________________________________________________________________，
加入NH3·H2O后發生反應的離子方程式為___________________________________
________________________________________________________________________。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸鹽，pH過小時影響除磷效果的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
pH過大時，沉淀量增大的原因是____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)沉釩所得NH4VO3沉淀需進行洗滌，洗滌時除去的陰離子主要是________。NH4VO3在500 ℃時焙燒脫氨制得產品V2O5，反應的化學方程式為2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。但脫氨過程中，部分V2O5會轉化成V2O4，反應中氧化劑與還原劑物質的量之比為3∶2，該反應的化學方程式為_________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)氧化過程FeO·V2O3生成對應的金屬氧化物Fe2O3和V2O5，化學方程式為4FeO·V2O3＋5O22Fe2O3＋4V2O5；經過氧化和鈉化后，V2O5、Al2O3、SiO2均轉化為可溶性鹽，Fe2O3成為濾渣；精制Ⅰ中加鹽酸調pH是為了和SiO反應生成硅酸沉淀，并將AlO轉化為Al3＋；加入NH3·H2O后與Al3＋發生反應生成Al(OH)3沉淀，還可以中和酸，反應的化學方程式為Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NH。(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸鈣沉淀，除去磷酸鹽，pH過小時易形成溶解度較大的酸式鹽；pH過大時易形成Ca(OH)2沉淀。(3)沉釩時加入試劑NH4Cl，因此所得NH4VO3沉淀，含有的陰離子主要為Cl－；脫氨過程中，部分V2O5會轉化成V2O4，且反應中氧化劑與還原劑物質的量之比為3∶2，則V2O5為氧化劑，NH3為還原劑，還原產物為V2O4，氧化產物為N2，則氧化還原方程式為3V2O5＋2NH33V2O4＋N2＋3H2O。
答案：　(1)4FeO·V2O3＋5O22Fe2O3＋4V2O5　Fe2O3　除Si并將AlO轉化為Al3＋　Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NH
(2)形成溶解度較大的酸式鹽(或形成溶解度較大的磷酸氫鈣或磷酸二氫鈣)　產生了Ca(OH)2沉淀
(3)Cl－　3V2O5＋2NH33V2O4＋N2＋3H2O
9．鉻是一種具有戰略意義的金屬，它具有多種價態，單質鉻熔點為1 857 ℃。
(1)工業上以鉻鐵礦[主要成分是Fe(CrO2)2]為原料冶煉鉻的流程如圖所示：
①Fe(CrO2)2中各元素化合價均為整數，則鉻為________價。
②高溫氧化時反應的化學方程式為_________________________________________
________________________________________________________________________。
③操作a由兩種均發生了化學反應的過程構成，其內容分別是________________、鋁熱反應。
(2)Cr(OH)3是兩性氫氧化物，請寫出其分別與NaOH、稀硫酸反應時生成的兩種鹽的化學式：________________、________________。
(3)水中的鉻元素對水質及環境均有嚴重的損害作用，必須進行無害化處理。轉化為重要產品磁性鐵鉻氧體(CrxFeyOz)：先向含CrO的污水中加入適量的硫酸及硫酸亞鐵，待充分反應后再通入適量空氣(氧化部分Fe2＋)并加入NaOH，就可以使鉻、鐵元素全部轉化為磁性鐵鉻氧體。
①寫出CrO在酸性條件下被Fe2＋還原為Cr3＋的離子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若處理含1 mol CrO(不考慮其他含鉻微粒)的污水時恰好消耗10 mol FeSO4，則當鐵鉻氧體中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶2時，鐵鉻氧體的化學式為________________________。
解析：　(3)②根據Fe元素守恒，鐵鉻氧體中n(Fe2＋)＝10 mol×＝6 mol，n(Fe3＋)＝10 mol×＝4 mol，根據Cr元素守恒，鐵鉻氧體中n(Cr3＋)＝n(CrO)＝1 mol，根據電荷守恒，鐵鉻氧體中n(O2－)＝＝13.5 mol，鐵鉻氧體中n(Cr)∶n(Fe)∶n(O)＝1 mol∶10 mol∶13.5 mol＝2∶20∶27，鐵鉻氧體的化學式為Cr2Fe20O27。
答案：　(1)①＋3　②4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO32Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2　③灼燒使Cr(OH)3分解
(2)NaCrO2　Cr2(SO4)3
(3)①3Fe2＋＋CrO＋8H＋===3Fe3＋＋Cr3＋＋4H2O　②Cr2Fe20O27
學生用書?第68頁

展開更多......

收起↑