高考化学二轮复习考点微专题18金属及其化合物制备流程（V）（解析版）.doc

微专题18 金属及其化合物制备流程（V）钒:元素符号V，原子序数23，原子量50.94，外围电子排布3d34s2，位于第四周期VB族一、物理性质：银白色金属，有良好的延展性密度 5.96克/厘米3，熔点 1890±10℃，沸点3380℃，主要化合价+2、+3、+4、+5二、化学性质：常温下化学性质不活动，有较强的耐腐蚀性，不与空气、水反应，也不和非氧化性酸及强碱溶液反应能溶于氢氟酸、硝酸和王水高温条件下，钒和氧、氮、碳能反应三、用途：主要用于制合金钠和催化剂1830年瑞典的塞夫斯唐姆发现了钒主要矿物有钒酸钾铀矿、铅钒矿等用钙还原五氧化二钒或用镁还原三氯化钒制得四、五氧化二钒提取工艺传统工艺（1）国内目前的提钒工艺多为食盐钠化焙烧工艺流程 （2）无盐焙烧-酸浸-溶剂萃取工艺：无盐焙烧-酸浸-溶剂萃取工艺一般包括焙烧、酸浸、沉钒、制偏钒酸铵和煅烧几个步骤 专题精练】1．(2021届山东寿光高三月考)五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用的催化剂等从废钒催化剂中(含有K2SO4、V2O5、V2O4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等)回收钒，既能避免对环境的污染，又能节约宝贵的资源。

回收工艺流程如下：已知：①“酸浸”时V2O5和V2O4先与稀硫酸反应分别生成和VO2+②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取的能力强③溶液中与可相互转化：+H2O+2H+(1)“酸浸”时，FeSO4参与反应的化学方程式为___________2)“萃取”和“反萃取”时，将发生R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)(R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)，“反萃取”加入试剂___________填化学式)假设“滤液2”中c(VO2+)=amol·L—1，“萃取”和“反萃取”每进行一次，VO2+萃取率为90％，4次操作后，“滤液2”中残留的c(VO2+)=___________mol·L-1.(萃取率=×100％)(3)“氧化”过程中发生反应的离子方程式为___________4)“沉钒”时，通入氨气的作用是___________，以沉钒率(NH4VO3沉淀中V的质量和废催化剂V的质量之比)表示该步反应钒的回收率请解释下图温度超过80℃以后，沉钒率下降的可能原因是___________5)该工艺流程中，可以循环使用的物质有___________答案】(1) (VO2)2SO4+2FeSO4+2H2SO4=2VOSO4+Fe2(SO4)3+2H2O (2) H2SO4 10-4a (3)3H2O++6VO2+=6+Cl-+6H+ (4) 使+H2O2+2H+正向移动，将转化为，同时增大浓度，使NH4VO3(s) (aq)+(aq)逆向移动使NH4VO3尽可能沉淀析出 原因1：温度升高，NH4VO3溶解度增大，沉钒率下降；原因2：温度升高，氨水、NH4Cl受热分解逸出溶液，使浓度下降，沉钒率下降；原因3：温度升高，氨水受热分解逸出溶液，使OH-浓度下降，+H2O+2H+，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降；原因4：平衡+H2O+2H+，正反应可能是放热反应，温度升高，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降。

(5) 有机物(有机萃取剂)、NH3和H2O 【解析】(1)由上分析可知，“酸浸”时，FeSO4与(VO2)2SO4发生氧化还原反应，生成VOSO4和Fe2(SO4)3，化学方程式为(VO2)2SO4+2FeSO4+2H2SO4=2VOSO4+Fe2(SO4)3+2H2O；答案为(VO2)2SO4+2FeSO4+2H2SO4=2VOSO4+Fe2(SO4)3+2H2O2)由R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)(R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)可知，“反萃取”时，要使VO2+进入水层，使上述平衡向逆反应方向移动，应加入H2SO4；假设“滤液2”中c(VO2+)=amol·L—1，“萃取”和“反萃取”每进行一次，VO2+萃取率为90％，4次操作后，依据萃取率90%，剩余溶液中10%，“滤液2”中残留的c(VO2+)=a×10%×10%×10%×10%=1.0a×l0-4mol·L-1=10-4a mol·L-1；答案为H2SO4，10-4a3)氧化过程是KClO3将VO2+氧化为，中氯元素得电子被还原为Cl-，其离子方程式为3H2O++6VO2+=6+Cl-+6H+；答案为3H2O++6VO2+=6+Cl-+6H+。

4) 溶液中存在平衡+H2O+2H+，通入氨气，使溶液中OH-浓度增大，消耗了H+，该平衡正移，从而使尽可能都转化为，另外溶液中存在平衡NH4VO3(s) (aq)+(aq)，通入氨气，使溶液中浓度增大，该平衡逆移，从而使NH4VO3尽可能沉淀析出；温度超过80℃以后，沉钒率下降的可能原因是原因1：温度升高，NH4VO3溶解度增大，沉钒率下降；原因2：温度升高，氨水、NH4Cl受热分解逸出溶液，使浓度下降，沉钒率下降；原因3：温度升高，氨水受热分解逸出溶液，使OH-浓度下降，+H2O+2H+，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降；原因4：平衡+H2O+2H+，正反应可能是放热反应，温度升高，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降；答案为使+H2O2+2H+正向移动，将转化为，同时增大浓度，使NH4VO3(s)(aq)+(aq)逆向移动使NH4VO3尽可能沉淀析出；原因1：温度升高，NH4VO3溶解度增大，沉钒率下降；原因2：温度升高，氨水、NH4Cl受热分解逸出溶液，使浓度下降，沉钒率下降；原因3：温度升高，氨水受热分解逸出溶液，使OH-浓度下降，+H2O+2H+，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降；原因4：平衡+H2O+2H+，正反应可能是放热反应，温度升高，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降。

5) 钒酸铵加热分解生成V2O5、氨气和水，即2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O，NH3和H2O可循环使用，“萃取”和“反萃取”时，有机萃取剂也可循环使用；答案为有机物(有机萃取剂)、NH3和H2O2．(2021届北京市门头沟区高三一模)在钢中加入一定量的钒，就能使钢的硬度、耐腐蚀性大增工业上以富钒炉渣(主要成分为、和等)为原料提取五氧化二钒的工艺流程如下：(1)在第—步操作焙烧过程中转化为可溶性，该反应的化学方程式为___________2)焙烧炉中可用代替NaCl与富钒炉渣焙烧制得偏钒酸钠用代替NaCl的优点是___________3)以上流程中应用过滤操作的有___________，在第三步操作后加入氯化铵得到偏钒酸铵，为使钒元素的沉降率达到98%，要加入较多的，从平衡角度分析原因___________4)产品纯度测定：将mg产品溶于足量稀硫酸配成溶液取20.00mL该溶液于锥形瓶中，用标准溶液进行滴定，经过三次滴定，达到滴定终点时平均消耗标准溶液的体积为20.00mL资料：钒的盐类的颜色五光十色，有绿的、红的、黑的、黄的，绿的碧如翡翠，黑的犹如浓墨这些色彩缤纷的钒的化合物，常被制成鲜艳的颜料。

如：溶液为黄色，溶液为蓝色，而五氧化二钒则是红色的①完成下列滴定过程的离子方程式②该滴定实验不需要另外加入指示剂，达到滴定终点的现象是___________③产品的纯度为___________用质量分数表示)已知相对分子质量：；答案】(1) (2) 不会产生污染环境的氯气 (3) ③和④ 铵根和偏钒酸跟水解方程式为、,增加铵根的浓度促进偏钒酸根水解 (4) ① ② 当滴入最后一滴标准液后，溶液由黄色变为蓝色，且半分钟内不恢复到原来的的颜色 ③ 【解析】(1)第一步焙烧的将五氧化二钒转化为偏钒酸钠，根据氧化还原反应的规律可得反应为，故填；(2)用碳酸钠代替氯化钠时不会产生污染环境的氯气，故填不会产生污染环境的氯气；(3)根据流程可知，水浸后偏钒酸钠溶于水，氧化铁和二氧化硅不溶于水，需过滤除去；在滤液中加入氯化铵和硫酸后有偏钒酸铵析出，需过滤得到偏钒酸铵；铵根和偏钒酸跟水解方程式为、,增加铵根的浓度促进偏钒酸根水解，故填③和④、铵根和偏钒酸跟水解方程式为、,增加铵根的浓度促进偏钒酸根水解；(4)①根据氧化还原反应的规律可得，故填；②溶液为黄色，溶液为蓝色，所以终点的现象为当滴入最后一滴标准液后，溶液由黄色变为蓝色，且半分钟内不恢复到原来的的颜色，故填当滴入最后一滴标准液后，溶液由黄色变为蓝色，且半分钟内不恢复到原来的的颜色；③根据反应可得关系式，可得，带入数据可得mol/L，=2a×0.1=0.2a mol，又，故=0.1a mol，=0.1a×182=18.2a g，样品的质量分数为==，故填。

3．(2021届福建高三12月联考)钒(V)为过渡元素，可形成多价态化合物1)全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如图：已知：离子种类VO2+VO2+V3+V2+颜色黄色蓝色绿色紫色①全钒液流电池放电时V2+发生氧化反应，该电池放电时总反应式是___________②当完成储能时，正极溶液的颜色是___________2)金属钒熔点高、硬度大，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性工业常用钒炉渣(主要含FeO·V2O3，还有少量Al2O3、CuO等杂质)提取金属钒，流程如图：已知：Ⅰ.钒有多种价态，其中+5价最稳定钒在溶液中主要以VO和VO的形式存在，存在平衡：VO+H2O⇌VO+2H+Ⅱ. 部分金属离子的沉淀pH：金属离子Cu2+Fe2+Fe3+开始沉淀pH5.27.62.7完全沉淀pH6.49.63.7回答下列问题：①碱浸步骤中最好选用___________(填字母)a. NaOH溶液 b. 氨水 c. 纯碱溶液②焙烧的目的是将FeO·V2O3转化为可溶性NaVO3，其中铁元素全部转化为+3价的氧化物，写出该反应的化学方程式___________③溶液1到溶液2的过程中，调节pH至8有两个目的，一是除去___________离子，二是促使___________。

④沉钒步骤中，钒以NH4VO3的形式沉淀出来图中横坐标表示反应温度，纵坐标表示沉钒率(沉钒率是指NH4VO3沉淀中V元素的质量和流程起始时在废钒催化剂中V元素的质量之比)图中温度超过80℃以后，沉钒率下降的可能原因是________⑤常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒，请写出反应的化学方程式___________答案】(1) ①V2++ VO+2H+=V3++VO2++H2O ② 黄色 (2) ① a ②4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O28NaVO3+2Fe2O3+4CO2 ③ Fe3+、Cu2+ VO转化为VO ④ 温度超过80℃以后，NH3·H2O受热分解加剧，NH3从溶液溶液中逸出，使溶液中NH浓度下降，沉钒率下降(或温度升高，NH4VO3的溶解度增大，沉钒率下降) ⑤ 10Al+3V2O55Al2O3+6V 【解析】(1)①反应中V2+发生氧化反应，则电极B应是电源的负极，电极A为正极，VO中V元素化合价降低，被还原生成VO2+，所以总反应为V2++ VO+2H+=V3++VO2++H2O；②左侧为正极，储能时为电解池，由于放电时VO转化为VO2+，则充电时VO2+转化为VO，完成储能。