2024届高三化学一轮复习 专题三知识拓展专题07 钒及其化合物 讲义

钒及其化合物 【核心知识梳理】 1．钒(V)：常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶于强氧化性的酸(如硝酸和王水)中 2．五氧化二钒 (1)两性氧化物，但以酸性为主：V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O (2)1 800 ℃发生分解反应：2V2O5eq \o(=====,\s\up7(△))2V2O4＋O2↑ (3)微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性：V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2＋3H2O 3．VO2＋、VOeq \o\al(＋,2)：在酸性介质中，VOeq \o\al(＋,2)具有强氧化性 VOeq \o\al(＋,2)＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，2VOeq \o\al(＋,2)＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O 4．钒酸盐 偏钒酸盐(NH4VO3)、正钒酸盐(Na3VO4)等在加热条件下不稳定，2NH4VO3eq \o(=====,\s\up7(△))V2O5＋2NH3↑＋H2O 【巩固练习】 1．钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下，下列说法正确的是(　　) 已知：钒有多种价态，其中＋5价最稳定。钒在溶液中主要以VOeq \o\al(＋,2)和VOeq \o\al(－,3)的形式存在，且存在平衡VOeq \o\al(＋,2)＋H2OVOeq \o\al(－,3)＋2H＋ A．工业生产中，碱浸步骤可选用较为廉价的氨水 B．可以推测VO2Cl溶解度大于NH4VO3 C．焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全 D．将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色，则磁性产品中一定不含铁元素 2．(2020•全国卷Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。回答下列问题： 该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示： 金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Al3＋ Mn2＋ 开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1 (1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是______________________________________________ (2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq \o\al(＋,2)，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VOeq \o\al(＋,2)反应的离子方程式____________________________________________________ (3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5· xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________ (4)“沉淀转溶”中，V2O5· xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是______________ (5)“调pH”中有沉淀产生，生成沉淀反应的化学方程式是____________________________ (6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是____________________ 3．以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为： 物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3 质量分数/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 ＜1 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线： 回答下列问题： (1)“酸浸”时V2O5转化为VOeq \o\al(＋,2)，反应的离子方程式为____________________________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________ (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VOeq \o\al(＋,2)，则需要氧化剂KClO3至少为________ mol (3)“中和”作用之一是使钒以V4Oeq \o\al(4－,12)形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________ (4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4Oeq \o\al(4－,12)R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子