Question

钒及化合物用途广泛。工业上常用含少量Al₂O₃的钒铁矿（FeO×V₂O₅）碱熔法提取V₂O₅。简要工艺流程如下：

   

已知：①焙烧时可发生反应：V₂O₅+Al₂O₃+2Na₂CO₃ 2NaVO₃+2NaAlO₂+2CO₂↑

②常温下物质的溶解度：NaVO₃～21.2 g /100g水；HVO₃～0.008 g /100g水

（1）“浸出渣B”的主要成分是             。（写化学式）

（2）生产中，不直接用H₂SO₄浸泡“烧渣A”获取HVO₃的原因是                 。

（3）“操作①”包括      、洗涤。如果不洗涤，则产品中可能含有的金属阳离子是      、      。下列装置（部分夹持仪器省去）可用在实验室进行“操作②”的是     。（填序号）

A                  B                 C                     D

（4）NaVO₃用于原油的脱硫技术，由V₂O₅溶于NaOH溶液中制取，反应的离子方程式为                                                      。

（5）V₂O₅还可用于将硅铁炼成钒铁。生产中加入CaO可节能减排。有关反应如下：

2V₂O₅(l)+ 5Si(s)+ 5CaO(s)= 4V(s)+ 5CaSiO₃(s)  △H₁ = —2096.7 kJ/mol

已知：CaSiO₃(s)= CaO(s)+ SiO₂(s)   △H₂ = +92.5 kJ/mol

则：2V₂O₅(l)+ 5Si(s)= 4V(s)+ 5SiO₂(s)  △H₃ =                  。

 

Answer 1

【答案】

（17分）

（1）Fe₂O₃或Fe₃O₄，或者Fe₂O₃和Fe₃O₄    （2分）     

（2）H₂SO₄与NaVO₃反应生成难溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO₃产率，且使产生的HVO₃不纯。另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源。（4分）

（3）过滤（2分）  Na⁺、Al³⁺（2分）  D （2分）

（4）V₂O₅  +2OH^－  2VO₃^－+ H₂O  （3分）（可以没有加热符号）

（5）—1634.2 kJ/mol  （2分）

【解析】

试题分析：（1）依题意，焙烧时不仅发生反应：V₂O₅+Al₂O₃+2Na₂CO₃ 2NaVO₃+2NaAlO₂+2CO₂↑，而且FeO被空气中的氧气氧化为氧化铁（或四氧化三铁或既有氧化铁又有四氧化三铁），因为+2价的铁元素在高温下易被氧化；由于加入的碳酸钠过量，则氧化铝、五氧化二钒全部转化为可溶性的钠盐，加入足量水浸取时，铁的氧化物难溶于水，则浸出渣B的主要成分是Fe₂O₃或Fe₃O₄，或者Fe₂O₃和Fe₃O₄；（2）由已知信息②可知，H₂SO₄与NaVO₃反应生成难溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO₃产率，且使产生的HVO₃不纯；另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源，因此不采取硫酸浸取烧渣；（3）由于HVO₃的溶解度很小，HVO₃难溶于水，从浸出液中分离难溶物的方法是过滤、洗涤，由此确定操作①的方法；如果不洗涤，HVO₃吸附了可溶性的硫酸钠、硫酸铝典礼处的钠离子和铝离子；HVO₃是难溶性酸，与硅酸类似，受热可以分解，加热固体物质只能在坩埚中进行实验，因此选D；（4）五氧化二钒与NaOH溶液反应生成钒酸钠和水，不涉及氧化还原反应，说明五氧化二钒具有酸性氧化物的性质，氧化物应保留化学式，则该反应为V₂O₅  +2OH^－  2VO₃^－+ H₂O；（5）先给三个热化学方程式依次编号为①②③，观察发现①+②×5=③时可以约去5CaO(s)、5CaSiO₃(s)，根据盖斯定律，则①的焓变+②的焓变×5=③的焓变，即△H₃ =—2096.7 kJ/mol +5×92.5 kJ/mol=—1634.2 kJ/mol。

考点：考查物质制备化学工艺流程，涉及浸出渣的主要成分、解释浸取方式的原因、混合物分离与提纯的方法、洗涤除去的金属阳离子、高温加热固体的实验仪器及装置、离子方程式、盖斯定律等。