抱负不“钒”-2025年高考化学一轮复习工业流程专题

抱负不“钒” 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：2V2O52V2O4＋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＋、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性 VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O， 2VO＋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，2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O 1．（2023上·山东济宁·高二济宁一中校考阶段练习）铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示： 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以存在，在碱性介质中以存在。 (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为 (填化学式)。 (2)“沉淀”步骤中主要生成的滤渣为 (填化学式)。 (3)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以和的形式沉淀，该步需要控制溶液的的原因为 。 (4)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到沉淀，在时溶解为的离子方程式为 。 (5)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠溶液，反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为 ；的性质与相似，写出与溶液反应的离子方程式 。 2．（2024上·山东德州·高二统考期末）利用某钒废渣（主要成分为、、、、等）制备的工艺流程如下： 已知：Ⅰ．溶于酸后以的形式存在；过量可氧化； Ⅱ．。 回答下列问题： (1)为加快“氧化1”速率，可以采取的措施有 （写出一条即可），该过程发生反应的离子方程式为 。 (2)滤渣2的主要成分为 。 (3)实验室进行萃取、分液操作时，需要的玻璃仪器有 。 (4)“氧化2”中发生反应的离子方程式为 。 (5)“沉钒”前若滤液中，“沉钒”完成时，若上层清液中，则钒元素的沉降率= %[，反应过程中溶液的体积不变]。 (6)在Ar气氛中“煅烧”生成，分解产物中还含有氮气和一种氮的氢化物，发生反应的化学方程式 。 3．（2024上·山东日照·高三校联考期末）以含钒钢渣(含、和少量、)和钛白废酸(含、、、)为原料提取钒，实现“以废治废”。工艺流程如图： 已知：有机萃取剂的萃取原理为，其中表示有机溶液，酸性条件下能萃取而不能萃取，对+4价钒萃取能力强，而对+5价钒的萃取能力较弱。 回答下列问题： (1)在空气中“焙烧”时，转化为的化学方程式为 。 (2)“溶浸”时生成的滤渣除了外，还有 (填化学式)。 (3)“还原”的目的是将溶液中的+5价钒和分别转化为+4价钒与，利于+4价钒的萃取并实现钒和铁元素分离，加入的化学试剂可能为___________(填标号)。 A． B． C． D． (4)在“萃取”操作后从水层中获得的离子方程式是 。 (5)在“反萃取”操作中和反应生成和，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。 (6)上述流程中可循环利用的物质除外，还有 (填化学式)。 (7)常温“沉钒”，维持溶液中的总浓度为，。“沉钒”后溶液中 [已知；]。 4．（2023上·山西·高三山西大附中校考阶段练习）黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及。黏土钒矿采用以下工艺流程可制备偏钒酸铵。 该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的如下表所示： 金属离子 开始沉淀 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉淀 3.2 9.0 4.7 10.1 回答下列问题： (1)钒在周期表中的位置为 。 (2)写出“酸浸氧化”中转化为的离子方程式 。 (3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为，滤液②中金属阳离子有、 。 (4)“沉淀转溶”中，溶解为或，滤渣③的主要成分是 。 (5)“调”中有沉淀产生，生成沉淀反应的化学方程式是 。 (6)偏钒酸铵，其阴离子呈如图所示的无限链状结构，则偏钒酸铵的化学式为 。 (7)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。 ①左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 。 ②充电时若转移的电子数为个，左槽溶液中物质的量的变化量为 。 5．（2024上·辽宁·高三东北育才学校校联考期末）(五氧化二钒)常作为化学工业中的催化剂，广泛用于冶金化工等行业，工业上以石煤(含有等)来制备的一种工艺流程如下： 已知：①(偏钒酸铵)是白色粉末，微溶于冷水，可溶于热水。 ②沉淀生成和溶解的如表所示： 溶液 物质 开始沉淀 完全沉淀 沉淀开始溶解 沉淀完全溶解 2.2 5.1 7.1 8.1 3.3 4.7 8.7 12.8 回答下列问题： (1)V在元素周期表中的位置： 。 (2)“钠化焙烧”过程中转化为可溶性，同时有黄绿色气体生成，其化学方程式为 。 (3)粗中含有，可通过溶液碱溶除去，需调节的范围为 。 (4)已知：室温下，，向偏钒酸铵的悬浊液中加入，当溶液中时，溶液中的 。 (5)产品纯度测定：将产品溶于足量稀硫酸配成溶液。取该溶液于锥形瓶中，用标准液进行满定，经过三次滴定，达到滴定终点时平均消耗标准液的体积为。已知：，则该产品中的质量分数是 %。 (6)钒的一种配合物的结构简式为，该配合物分子中含有的化学键类型有___________(填字母)。 A．离子键 B．极性键 C．非极性键 D．配位键 6．（2024·河南·统考模拟预测）钢渣是钢铁行业的固体废弃物，含有和等物质。一种以钢渣粉为原料固定并制备的工艺流程如图所示。 已知钢渣中元素质量分数为在稀盐酸和混合溶液中不易被浸出。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的如下表所示： 金属离子 开始沉淀的 1.9 7.2 3.5 12.4 沉淀完全的 2.9 8.2 5.1 13.8 回答下列问题： (1)浸出1过程生成的“包裹”在钢渣表面形成固体膜，阻碍反应物向钢渣扩散。提高浸出率的措施有 (除粉碎外，举1例)。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是 。 (2)为避免引入杂质离子，氧化剂应为 (举1例)。 (3)滤液的溶质可循环利用，试剂应为 。 (4)若的浸出率为，理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定 。 (5)富钒渣焙烧可生成钒钙盐，不同钒钙盐的溶解率随变化如图所示。已知浸出2的pH约为2.5，则应控制焙烧条件使该钒钙盐为 。该培烧反应的化学方程式是 。 (6)微细碳酸钙广泛应用于医药、食品等领域，某种碳酸钙晶胞如图所示。已知，该晶体密度为 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为)。 7．（2023上·北京房山·高三统考期末）某钒渣主要成分为(含有少量、)，以其为原料生产的工艺如下图： 已知： i．钒酸()是强酸，(偏钒酸铵)难溶于水；价钒在溶液中的主要存在形式与溶液的关系如表所示。 4~6 6~8 8~10 10~12 主要离子 ii．室温下，，。 iii．在溶液时开始沉淀，溶液时沉淀完全。 请回答以下问题： (1)“酸浸”前需将块状固体粉碎，其目的是 ；焙烧过程中生成的化学方程式为 。 (2)已知难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的，则溶于盐酸的离子方程式为 。 (3)“转沉”时，发生反应，该反应的平衡常数 (用含m、n的代数式表示)。 (4)“沉钒2”的沉钒率随温度的变化如图所示，温度高于80℃沉钒率下降的原因是 。 (5)产品纯度测定：将产品溶于足量稀硫酸配成溶液。取该溶液于锥形瓶中，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。 ①完成下列滴定过程的离子方程式： 。 ②产品的纯度为 (用质量分数表示，)。 8．（2023上·江苏泰州·高三泰州中学校联考阶段练习）铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示： 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以存在，在碱性介质中以存在。 回答下列问题： (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为 。(填化学式)。 (2)水浸渣中主要有和 。 (3)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以和的形式沉淀，该步需要控制溶液的以达到最好的除杂效果，其原因是 。 (4)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠()溶液。 ①写出还原的离子方程式： 。 ②若用过氧化氢还原过程中还会生成较稳定的蓝色的过氧化铬(，为+6价)。分子中存在过氧键，其结构式可表示为 。 (5)为研究净水剂聚合硫酸铁组成，某化学兴趣小组取一定量聚合硫酸铁样品与足量盐酸反应，所得溶液平均分为两份。一份溶液中加入足量的溶液，得到白色沉淀。另一份溶液，先将还原为，再用标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液。求值 。(写出计算过程)(已知：。) 9．（2023上·湖南长沙·高三雅礼中学校考阶段练习）工业上生产红矾钠(重铬酸钠)的原料为铬铁矿(可视为，还含有、)、纯碱、石灰石和硫酸等。工业制备的流程如下： 已知：“氧化煅烧”时、发生反应：、； “氧化煅烧”时发生反应：。 (1)“氧化煅烧”铬铁矿是在回转窑中进行，为加快反应速率可以采取的措施是 (任答2点)。 (2)“氧化煅烧”铬铁矿时还应加入石灰石，发生反应生成不溶或难溶的钙化合物：、、等，则加入石灰石的作用是 。 (3)若此时纯碱不足或石灰石过量，易生成难溶的，则此时由生成难溶的的反应方程式为 。 (4)步骤②浸取时，可溶于水的强烈水解，有关的离子方程式为 。 (5)滤液加入硫酸酸化过程中，往混合溶液中加入硫酸必须适量的原因是硫酸少量不能除尽等杂质，硫酸过量会生成等副产物。硫酸过量时反应的离子方程式为 。 (6)碱性条件下重铬酸钠()可将氧化为，反应的离子方程式为 。 (7)全钒液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置。某溶液中含有和，现向此溶液中滴入溶液，恰好使、，再滴入溶液，又恰好使，而不变，此时，则原溶液中Cr的质量为 mg。 10．（2023上·河北保定·高二河北定兴第三中学校联考期中）是接触法制硫酸的催化剂。工业上用钒炉渣(主要含有，还含有少量、等杂质)提取的流程如图所示： 已知：①假设该工艺流程中所加试剂均足量； ②用硫酸镁溶液除去硅、磷时，滤渣的主要成分是、； ③常温下，； ④水浸后的浸出液中，钒全部以形式存在。 回答下列问题： (1)焙烧时： ①为了加快钒炉渣的焙烧速率，可采用的物理方法为 (写一种即可)。 ②该过程中与纯碱发生反应的化学方程式为 。 (2)若浸出渣的主要成分为，其在生活中的用途为 (写一种即可)，检验水浸后的滤液中是否含有的操作为 。 (3)常温下，、的沉淀溶解平衡曲线如图所示。 ①曲线Ⅱ为 [填“”或“”沉淀溶解平衡曲线。 ②将的溶液滴入相同浓度的和的混合溶液中，先产生的沉淀为 [填“”或“”]。 (4)沉钒时的离子方程式为 。 11．（2024上·辽宁锦州·高三统考期末）五氧化二钒()和三氧化钼()是两种重要的金属氧化物，通常用作工业催化剂。通过废旧催化剂(主要成分为、、，还有少量的、、有机物)来制备这两种氧化物的工艺流程图如下： 回答下列问题： (1)基态钒原子的价层电子排布式为 。 (2)“焙烧”的目的是 。 (3)滤渣的主要成分是 (填化学式)。 (4)向滤液①中加的作用是 。 (5)常温下，当滤液①调pH=8时，铝元素是否沉淀完全 (填“是”或“否”)；写出计算过程 。[已知：  ；离子浓度小于认为沉淀完全] (6)在沉淀过程中，沉钒率受温度影响的关系如图所示。温度高于80℃沉钒率降低的主要原因是 ；沉淀分解生成的化学方程式为 。 12．（2020·全国·统考高考真题）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。 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 回答下列问题： (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，同时还有 离子被氧化。写出VO+转化为反应的离子方程式 。 (3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为，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，转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。 (5)“调pH”中有沉淀生产，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 。 13．（2016·全国·高考真题）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。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VO2+，反应的离子方程式为 ，同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是 。 （2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为 mol。 （3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−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+ V4O124−R4V4O12+4OH−（以ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈 性（填“酸”“碱”“中”）。 （5）“流出液”中阳离子最多的是 。 （6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．(1)Na2CrO4 (2)Al(OH)3 (3)pH过小时，磷酸根会与H+反应使其浓度降低导致减少，除磷率减小，同时可能产生硅酸胶状沉淀不易处理；pH过大时，会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致除硅率减小，同时溶液中铵根离子浓度降低导致无法完全沉淀，除磷率减小 (4) (5) 2:3 【分析】由题给流程可知，铬钒渣在氢氧化钠和空气中煅烧，将钒、铬、铁、铝、硅、磷等元素转化为相应的最高价含氧酸盐，煅烧渣加入水浸取、过滤得到含有氧化铁的滤渣；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH将Al元素转化为氢氧化铝沉淀，过滤得到强氧化铝滤渣；向滤液中加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和沉淀，过滤得到含有MgSiO3、的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH将钒元素转化为五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒和滤液；向滤液中焦亚硫酸钠溶液将铬元素转化为三价铬离子，调节溶液pH将铬元素转化为氢氧化铬沉淀，过滤得到氢氧化铬。 【详解】（1）最高价铬酸根在酸性介质中以存在，在碱性介质中以存在。故煅烧过程中，铬元素转化为铬酸钠Na2CrO4； （2）沉淀步骤调pH到弱碱性的目的是将Al元素转化为氢氧化铝沉淀； （3）由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和沉淀，若溶液pH<9时，磷酸根会与H+反应使其浓度降低导致无法完全沉淀，同时可能产生硅酸胶状沉淀不易处理；若溶液pH>9时，会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致除硅率减小，同时溶液中铵根离子浓度降低导致无法完全沉淀，除磷率减小； （4）将溶液pH调到1.8左右得到沉淀，在时和溶液氢离子反应生成和水，离子方程式为； （5）最高价铬酸根在酸性介质中以存在，由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应中铬化合价由+6变为+3，硫元素化合价由+4变为+6，结合电子守恒可知，反应的离子方程式为，则反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为2:3；的性质与相似，则与溶液反应的生成，离子方程式。 2．(1) 搅拌或适当升温 (2)、 (3)分液漏斗、烧杯 (4) (5)98.4 (6)（或） 【分析】“酸浸”：根据题意，V2O4转化成VO2+，FeO、Fe2O3为碱性氧化物，转化成Fe2+、Fe3+，氧化铝为两性氧化物，转化成Al3+，SiO2为酸性氧化物，难溶于水，滤渣1为SiO2； “氧化1”：因为过量H2O2能氧化VO2+，该步骤中所加过氧化氢为适量，过氧化氢将Fe2+氧化成Fe3+； “调pH”：加入碳酸钠，调节pH，使Al3+、Fe3+以氢氧化物形式除去； “萃取”：加入萃取剂，将VO2+从水中萃取出来，然后分液； “反萃取”：向有机相中加入酸，VOR2转化成VO2+，分液； “氧化2”：加入KClO3氧化剂，将VO2+氧化成VO； “沉钒”：加入氯化铵，生成NH4VO3沉淀； 【详解】（1）适当加快“氧化1”速率，可以采取搅拌、适当升高温度等；根据上述分析，该过程过氧化氢将Fe2+氧化成Fe3+，其离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+=2H2O+2Fe3+；故答案为搅拌、适当升高温度等；H2O2+2Fe2++2H+=2H2O+2Fe3+； （2）加入碳酸钠的目的调节pH，使Al3+、Fe3+以氢氧化物形式除去，滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3；故答案为Fe(OH)3、Al(OH)3； （3）萃取、分液需要的玻璃仪器是分液漏斗和烧杯；分液漏斗、烧杯； （4）“氧化2”中加入KClO3氧化剂，将VO2+氧化成VO，其离子方程式为ClO+6VO2++9H2O=Cl-+6VO+18H+；故答案为ClO+6VO2++9H2O=Cl-+6VO+18H+； （5）“沉钒”完成时，溶液为NH4VO3的饱和溶液，溶液中c(VO)==1.6×10-3mol/L，则钒元素的沉降率为=98.4%；故答案为98.4； （6）氮的氢化物可以是NH3，也可以是N2H4，如果生成氨气，则化学方程式为6NH4VO33V2O3+2N2↑+2NH3↑+8H2O，如果生成肼，则化学方程式为4NH4VO32V2O3+N2↑+ N2H4↑+6H2O，故答案为6NH4VO33V2O3+2N2↑+2NH3↑+8H2O或4NH4VO32V2O3+N2↑+ N2H4↑+6H2O。 3．(1) (2)、 (3)B (4) (5)1：6 (6)、 (7) 【分析】由题给流程可知，向含钒钢渣中加入碳酸钠后在空气中焙烧，将三氧化二钒转化为钒酸钠、二氧化硅转化为硅酸钠，向焙烧渣中加入钛白废酸，硅酸钠转化为硅酸、氧化钙转化为硫酸钙、氧化铁转化为铁离子、TiO2+转化为H2TiO3，溶液中的亚铁离子将部分转化为VO2+，过滤得到含有的硅酸、硫酸钙、H2TiO3的滤渣和滤液；滤液加铁粉把和分别转化为VO2+与，便于萃取VO2+；加HR萃取分液，有机层中含有VO2+，加 “反萃取”，把转化成，加氨气和氯化铵的混合液生成NH4VO3沉淀，过滤得到钒酸铵；钒酸铵煅烧分解生成五氧化二钒；水层含有，通入氨气和氧气反应生成氢氧化铁沉淀，过滤得到氢氧化铁，加热分解氢氧化铁得氧化铁。 【详解】（1）由分析可知，在空气中焙烧时，三氧化二钒发生的反应为三氧化二钒与碳酸钠、氧气高温条件下反应生成钒酸钠和二氧化碳，； （2）由分析可知，滤渣①主要成分为H2TiO3、、； （3）加入还原剂且不引入新的杂质，则加入铁单质，将Fe3+还原为Fe2+，选B。 （4）水层含有，通入氨气和氧气反应生成氢氧化铁沉淀，反应的离子方程式为； （5）在“反萃取”操作中和反应生成和，中Cl元素化合价由+5降低为-1，中V元素化合价由+4升高为+5，根据得失电子守恒，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:6。 （6）上述流程中，“反萃取”得到萃取剂HR、钒酸铵煅烧分解放出氨气，HR可用于“萃取”步骤，氨气可用于“沉钒”、沉铁步骤，可循环利用的物质除外，还有HR、NH3。 （7）常温“沉钒”，维持溶液中的总浓度为，。，则，“沉钒”后溶液中。 4．(1)第四周期VB族 (2) (3)和部分 (4) (5) (6) (7) 【分析】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，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时VO+和VO2+被氧化成，Fe3O4与硫酸反应生成的Fe2+被MnO2氧化成Fe3+，SiO2此过程中不反应，滤液①中含有、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、；滤液①中加入NaOH调节pH=3.0~3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH，此过程中Fe3+部分转化为Fe(OH)3沉淀，部分Al3+转化为Al(OH)3沉淀，滤液②中含有K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、，滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，滤饼②中加入NaOH使pH>13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为Na[Al(OH)4]，则滤渣③的主要成分为Fe(OH)3；滤液③中含钒酸盐、四羟基合铝酸钠，加入HCl调pH=8.5，Na[Al(OH)4]转化为Al(OH)3沉淀而除去；最后向滤液④中加入NH4Cl“沉钒”得到偏钒酸铵NH4VO3，据此分析答题。 【详解】（1）钒在周期表中的位置为第四周期VB族； （2）“酸浸氧化”中被氧化为，被还原为，反应的离子方程式为； （3）“中和沉淀”中，pH值为3.0-3.1之间，除了钒水解并沉淀为，此过程中Fe3+部分转化为Fe(OH)3沉淀，部分Al3+转化为Al(OH)3沉淀，则滤液②中金属阳离子有、还有前面生成的和部分； （4）“沉淀转溶”中，pH大于13， 溶解为或，会溶解，滤渣3的成分为； （5）“调”时有沉淀生成，是与反应生成沉淀，故生成沉淀反应的化学方程式是； （6）由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为+5价，则形成的偏钒酸铵的化学式为； （7）①根据题干信息，左槽溶液逐渐由黄变蓝，说明是由变为，因此电极反应式为，说明此时为原电池，且为原电池的正极； ②充电时左槽发生的反应，当转移的电子数为个即，生成为，同时有0.5mol H+从左槽通过交换膜到达右槽，则左槽中变化为。 5．(1)第四周期第ⅤB族 (2) (3)8.1≤pH＜8.7 (4)0.8mol/L (5) (6)BCD 【分析】石煤含有。石煤通入空气和NaCl一起钠化焙烧生成偏钒酸钠、偏铝酸钠，水浸、用稀硫酸调pH生成沉淀，和氢氧化钠反应生成NaVO3溶液，加氯化铵生成NH4VO3沉淀，灼烧NH4VO3得到精制。 【详解】（1）V是23号元素，在元素周期表中的位置第四周期第ⅤB族； （2）“钠化焙烧”过程中转化为可溶性，同时有黄绿色气体生成，说明氯化钠被氧气氧化为氯气，其化学方程式为。 （3）粗中含有，可通过溶液碱溶除去，根据沉淀生成和溶解的，为使完全溶解，而不溶解，需调节的范围为8.1≤pH＜8.7。 （4）向偏钒酸铵的悬浊液中加入，当溶液中时， ，溶液中的。 （5）根据V元素守恒和建立反应关系式，mg产品中的物质的量为0.02L×amol/L=0.1amol/L，则该产品中的质量分数是%。 （6）根据钒的配合物的结构简式，该配合物分子中含有C-H、C-O、V-O等极性键，含有C-C非极性键，V和O原子间存在配位键，选BCD。 6．(1) 适当增大盐酸的浓度、适当升高温度、搅拌 稀硫酸与2CaO∙SiO2反应形成微溶于水的CaSO4覆盖在钢渣表面，阻碍反应物向钢渣扩散 (2)H2O2或氯水 (3)氨水 (4)297 (5) Ca2V2O7 V2O3+2CaCO3+O2Ca2V2O7+2CO2 (6)×1023 【分析】钢渣中含有2CaO∙SiO2、Fe2O3、FeO、Al2O3和V2O3等，钢渣中加入稀盐酸、NH4Cl进行“浸出1”，经过滤得到富钒渣，滤液中含Fe3+、Fe2+、Al3+、Ca2+，滤液中加入氧化剂A将Fe2+氧化成Fe3+，加入试剂B将Fe3+、Al3+转化成铁铝渣而除去，然后加入试剂B调pH，再吸收CO2“固碳”得到微细CaCO3和滤液C；富钒渣与CaCO3在空气中焙烧得焙烧产物，焙烧产物中加入稀硫酸进行“浸出2”经过滤得滤渣和滤液，滤液经系列操作得V2O5，用还原剂将V2O5还原为V2O3。 【详解】（1）浸出1过程生成的SiO2 “包裹”在钢渣表面形成固体膜，阻碍反应物向钢渣扩散。提高浸出率的措施有：适当增大盐酸的浓度、适当升高温度、搅拌等。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是：稀硫酸与2CaO∙SiO2反应形成微溶于水的CaSO4覆盖在钢渣表面，阻碍反应物向钢渣扩散。 （2）加入氧化剂A的目的是将Fe2+氧化成Fe3+，为避免引入杂质离子，氧化剂A应为H2O2或氯水。 （3）加入试剂B的目的使Fe3+、Al3+转化成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去，继续加入试剂B调pH，便于“固碳”时形成CaCO3，滤液C的溶质可循环利用，试剂B应为氨水。 （4）钢渣中Ca元素的质量分数为30%，若Ca的浸出率为90%，理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定CO2的质量为=297kg。 （5）由图可知浸出2的pH约为2.5时，Ca2V2O7的溶解率最大，故应控制焙烧条件使钒钙盐为Ca2V2O7；该焙烧过程中V元素的化合价由+3价升至+5价，O2为氧化剂，根据得失电子守恒和原子守恒，该焙烧反应的化学方程式为V2O3+2CaCO3+O2Ca2V2O7+2CO2。 （6）该晶胞中含Ca2+的个数为4×+4×+2×+2×+4=6，含的个数4×+4×+4=6，1个晶胞的质量为g，晶胞的体积为=×(4.99×10-7cm)2×(17.3×10-7cm)= ×4.992×17.3×10-21cm3，该晶体密度为g÷(×4.992×17.3×10-21cm3)= ×1023g/cm3。 7．(1) 增大固体反应物与酸的接触面积，加快酸浸的速率 (2) (3) (4)高于80℃时水解程度增大，减小 (5) 【分析】由题给流程可知，废钒渣中加CaO在空气中焙烧时，V2O3与CaO、空气中的氧气反应转化为，Al2O3与CaO反应转化为；向焙烧后的固体中加入盐酸，pH=5时将转化为，转化为沉淀，过滤得到含有的滤渣1和含有的滤液；向滤液中加入石灰乳，将转化为沉淀，过滤得到滤液1和；向中加入碳酸铵溶液，将转化为，过滤得到含有的滤渣2和含有的滤液；向滤液中加入氯化铁固体，将转化为沉淀，过滤得到滤液2和；灼烧脱氨制得。 【详解】（1）酸浸前将块状固体粉碎,可以增大反应物的接触面积,加快酸浸速率,使酸浸更加充分；由分析可知，V2O3与CaO、空气中焙烧反应转化为，反应的化学方程式为：。 （2）)由表格信息可知，溶液 pH为5时，钒元素在溶液中以形式存在，则与盐酸反应生成和，反应的离子方程式为：。 （3）由方程式可知，反应的平衡常数。 （4）氯化铵是强酸弱碱盐，铵根离子在溶液中的水解反应是吸热反应，当温度高于80℃时，水解平衡向正反应方向移动，溶液中铵根离子浓度减小导致沉钒率下降。 （5）由题知，离子方程中，V元素的化合价从+5降低到+4，草酸为还原剂，C元素化合价从+3价升高到+4，按得失电子守恒、元素质量守恒，可得；产品纯度测定时发生的反应为：，可得关系式：，已知mg产品溶于足量稀硫酸配成溶液，取该溶液，消耗，则产品的纯度为：。 8．(1) (2) (3)若时，磷酸根浓度降低，会导致无法完全沉淀；同时可能产生硅酸胶体不宜处理，时，会导致生成，镁离子浓度不能形成沉淀导致产品中混有杂质，同时溶液中铵根子离子浓度降低导致无法完全沉淀 (4) (5)4:2:5 【分析】铬钒渣在、NaOH作用下通入空气高温焙烧，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐、，铝、硅、磷等的化合物转化为、、，铁的化合物转化为，加水浸取熔渣，过滤，水浸渣中主要有和，水浸液中含有、、、、，加入稀硫酸调溶液的pH到弱碱性时转化为沉淀，过滤得到含有的滤渣，再加入和除硅和磷，使硅、磷分别转化为、沉淀，过滤除去沉淀得到含有、的滤液，加入稀硫酸将溶液pH调到1.8左右得到沉淀，转化为，其具有强氧化性，与加入的反应生成，调pH使转化为沉淀，达到分离提取铬和钒目的，据此分析解答。 【详解】（1）题目给出已知：最高价铬酸根在酸性介质中以存在，在碱性介质中以存在；所以煅烧过程中，铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐主要为。 （2）由分析可知，水浸渣中主要有二氧化硅、氧化铁。 （3）由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为和沉淀，若溶液pH<9时，磷酸根会与反应使其浓度降低导致无法完全沉淀，同时可能产生硅酸胶状沉淀不宜处理；若溶液pH>9时，会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成沉淀，导致产品中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度降低导致无法完全沉淀。 （4）①由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应的离子方程式为：； ②分子中存在过氧键，由于Cr为+6价，则其中与Cr相连的氧原子的化合价为1个-2价，4个-1价，其结构式可表示为：。 （5）一份溶液中加入足量的溶液，得到白色沉淀1.7475g，该白色沉淀为硫酸钡，所以；另一份溶液，先将还原为，再用标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液50.00ml，由反应方程式可得关系：；由电荷守恒可得：，所以；所以。 9．(1)不断搅拌、粉碎原料、适当提高反应温度 (2)减少纯碱的用量，提高浸取液质量，便于浸取分离 (3) (4) (5) (6) (7)46.8 【分析】铬铁矿加入纯碱，石灰石，通入空气氧化煅烧，经浸取、过滤后得到Na2CrO4、Na2CO3溶液，经过稀释、煮沸、调pH值后过滤，滤液加入适量硫酸，浓缩、酸化后得到混合溶液含有Na2Cr2O7和Na2SO4，然后经过蒸发结晶得到硫酸钠晶体，冷却结晶得到Na2Cr2O7晶体。 【详解】（1）加快反应速率可以采取的措施是：不断搅拌、粉碎原料、适当提高反应温度； （2）加入石灰石的作用是：减少纯碱的用量，提高浸取液质量，便于浸取分离； （3）由生成难溶的的反应方程式为：； （4）水解的离子方程式为：； （5）硫酸过量会生成等副产物，离子方程式为：； （6）碱性条件下重铬酸钠将氧化为，离子方程式为：； （7）分析实验过程可知，通过消耗的酸性高锰酸钾溶液可计算转移电子数，硫酸亚铁溶液为、转移的总电子数，故转移的电子数为：， 的转化过程中Cr由+6价降低为+3价，则原溶液中Cr的质量为：。 10．(1) 粉碎钒炉渣 (2) 作红色油漆涂料 取过滤后的上层清液，向其中滴入溶液，若出现红色，则有，反之则无 (3) (4) 【详解】（1）为了加快钒炉渣的焙烧速率，可以增大反应物的接触面积，因此采用的物理方法为粉碎钒炉渣；该过程中与纯碱发生反应的化学方程式为：。 （2）为红色固体，其在生活中的用途为作红色油漆涂料；检验常用溶液，因此检验水浸后的滤液中是否含有的操作为：取过滤后的上层清液，向其中滴入溶液，若出现红色，则有，反之则无。 （3）根据沉淀溶解平衡化学方程式，，结合图像可知曲线Ⅱ为沉淀溶解平衡曲线；根据图像计算出，,将的溶液滴入相同浓度的和的混合溶液中时沉淀需要：，，因此先产生沉淀。 （4）沉钒过程与反应生成沉淀，故离子方程式为：。 11．(1)3d34s2 (2)除去有机物，把废催化剂种主要成分转化成易溶于水的物质 (3)Fe2O3 (4)将氧化为 (5) 是 时， (6) 氯化铵水解程度迅速增大或氯化铵分解 【分析】石煤矿粉(主要含V2O3及少量Al2O3、SiO2)中加入NaCl(s)，并通入O2、水蒸气进行焙烧，发生反应，生成NaVO3、HCl等；水溶后过滤，可得到NaVO3溶液和滤渣Ⅰ(Al2O3、SiO2)；往滤液中加入Ca(OH)2进行转沉，NaVO3转化为Ca3(VO4)2，过滤得滤渣；往滤渣中加入(NH4)2CO3，过滤得到(NH4)3VO4溶液和CaCO3滤渣；往滤液中加入NH4Cl，(NH4)3VO4转化为NH4VO3；煅烧NH4VO3，可得到V2O5和NH3； 【详解】（1）钒是23号元素，所以基态原子价层电子式为3d34s2； （2）废旧催化剂(主要成分为、、，还有少量的、、有机物等)，有机物可以燃烧除去，加碳酸钠来焙烧，可以将部分金属氧化物转化为可溶于水的物质，所以，焙烧的目的是：除去有机物、把废催化剂中主要成分转化成易溶于水的物质； （3）加碳酸钠焙烧时，未参与反应，且不溶于水，所以，加水溶解过滤后滤渣主要成分为； （4）向滤液①中加，是为了将滤液中的氧化为； （5）时，，，说明铝元素已经完全沉淀； （6）①温度高于80℃，氯化铵水解程度迅速增大，同时氯化铵温度过高会分解，造成沉钒率降低，所以沉钒率降低的主要原因是氯化铵水解程度迅速增大或氯化铵分解； ②的沉淀分解生成的化学方程式是：。 12． 加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全） Fe2+ VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O Mn2+ Fe3+、Al3+ Fe(OH)3 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O 利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全 【分析】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，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时VO+和VO2+被氧化成，Fe3O4与硫酸反应生成的Fe2+被氧化成Fe3+，SiO2此过程中不反应，滤液①中含有、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、；滤液①中加入NaOH调节pH=3.0~3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH，此过程中Fe3+部分转化为Fe(OH)3沉淀，部分Al3+转化为Al(OH)3沉淀，滤液②中含有K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、，滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，滤饼②中加入NaOH使pH>13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为NaAlO2，则滤渣③的主要成分为Fe(OH)3；滤液③中含钒酸盐、偏铝酸钠，加入HCl调pH=8.5，NaAlO2转化为Al(OH)3沉淀而除去；最后向滤液④中加入NH4Cl“沉钒”得到NH4VO3。 【详解】(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全），故答案为：加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）； (2)“酸浸氧化”中，钒矿粉中的Fe3O4与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化性，Fe2+具有还原性，则VO+和VO2+被氧化成的同时还有Fe2+被氧化，反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；VO+转化为时，钒元素的化合价由+3价升至+5价，1molVO+失去2mol电子，MnO2被还原为Mn2+，Mn元素的化合价由+4价降至+2价，1molMnO2得到2mol电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，VO+转化为反应的离子方程式为VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O，故答案为：Fe2+，VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O； (3)根据分析，“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+、Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故答案为：Mn2+，Fe3+、Al3+； (4)根据分析，滤渣③的主要成分是Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3； (5)“调pH”中有沉淀生成，是NaAlO2与HCl反应生成Al(OH)3沉淀，生成沉淀反应的化学方程式是NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O，故答案为：NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O。 (6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是：增大NH4+离子浓度，利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全，故答案为：利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。 【点睛】本题以黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程为载体，考查流程的分析、物质的分离和提纯、反应方程式的书写等，解题的关键是根据物质的流向分析每一步骤的作用和目的。 13． V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O SiO2 0.5 Fe(OH)3、Al(OH)3 碱 K＋ 2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑ 【分析】从废钒催化剂中回收V2O5，由流程可知，“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V2O4转成VO2+．氧化铁、氧化铝均转化为金属阳离子，只有SiO2不溶，则过滤得到的滤渣1为SiO2，然后加氧化剂KClO3，将VO2+变为VO2+，再加KOH时，铁离子、铝离子转化为Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，同时中和硫酸，过滤得到的滤渣2为Fe（OH）3、Al（OH）3，“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V4O124-R4V4O12+4OH-，由ROH为强碱性阴离子交换树脂可知，碱性条件下利用反应逆向移动，流出液中主要为硫酸钾，“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，“煅烧”时分解生成V2O5，以此解答该题。 【详解】（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V元素化合价不变，说明不是氧化还原反应，根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；二氧化硅与酸不反应，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅； （2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，V元素化合价从＋4价升高到＋5价，而氧化剂KClO3中氯元素化合价从＋5价降低到－1价，则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为少3mol÷6＝0.5mol； （3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中，同时生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，则“废渣2”中含有Fe（OH）3、Al（OH）3； （4）根据方程式可知为了提高洗脱效率，反应应该向逆反应方向进行，因此淋洗液应该呈碱性； （5）由于前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子； （6）根据原子守恒可知偏钒酸铵（NH4VO3“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑。 第2页，共2页 第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$