Question

釩及化合物用途廣泛．工業上常用含少量Al₂O₃的釩鐵礦（FeO?V₂O₅）堿熔法提取V₂O₅．簡要流程如下：

已知：①焙燒時可發生反應：V₂O₅+Al₂O₃+2Na₂CO₃ 

高溫  .

2NaVO₃+2NaAlO₂+2CO₂↑
②常溫下物質的溶解度：NaVO₃～21.2g/100g水；HVO₃～0.008g/100g水
（1）“浸出渣B”的主要成分是

 

．（寫化學式）
（2）生產中，不直接用H₂SO₄浸泡“燒渣A”獲取HVO₃的原因是

 

．
（3）“操作①”包括

 

、洗滌．如果不洗滌，則產品中可能含有的金屬陽離子是

 

、

 

．下列裝置（部分夾持儀器省去）可用在實驗室進行“操作②”的是

 

．（填序號）

（4）NaVO₃用于原油的脫硫技術，由V₂O₅溶于NaOH溶液中制取，反應的離子方程式為：

 

．
（5）V₂O₅還可用于將硅鐵煉成釩鐵．生產中加入CaO可節能減排．有關反應如下：
2V₂O₅（l）+5Si（s）+5CaO（s）=4V（s）+5CaSiO₃（s）；△H₁=-2096.7kJ/mol
已知：CaSiO₃（s）=CaO（s）+SiO₂（s）；△H₂=+92.5kJ/mol
則：2V₂O₅（l）+5Si（s）=4V（s）+5SiO₂（s）；△H₃=

 

．

Answer 1

考點：常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,鎂、鋁的重要化合物,鐵的氧化物和氫氧化物,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：化學反應中的能量變化,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）焙燒是利用含少量Al₂O₃的釩鐵礦（FeO?V₂O₅），Fe元素被氧化，生成Fe₂O₃或Fe₃O₄，結合反應①可知，燒渣A的主要成分為NaVO₃、NaAlO₂、Fe₂O₃（或Fe₃O₄），據此判斷；
（2）由信息②常溫下物質的溶解度，可知H₂SO₄與NaVO₃反應生成難溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些燒渣的表面，阻礙了反應的進行，且鐵的氧化物與硫酸反應．增加干擾離子；
（3）操作①將固體與液體分離得到HVO₃，應過濾，丙洗滌附著的雜質；
加入硫酸反應，偏鋁酸鈉與NaVO₃與硫酸反應都生成硫酸鈉，偏鋁酸根會轉化為鋁離子，據此判斷；
操作②是加熱分解固體HVO₃生成V₂O₅，應在坩堝內進行；
（4）五氧化二釩與NaOH溶液反應生成釩酸鈉和水，不涉及氧化還原反應，說明五氧化二釩具有酸性氧化物的性質，氧化物應保留化學式；
（5）根據蓋斯定律計算．

解答： 解：（1）焙燒是利用含少量Al₂O₃的釩鐵礦（FeO?V₂O₅），Fe元素被氧化，生成Fe₂O₃或Fe₃O₄，結合反應①可知，燒渣A的主要成分為NaVO₃、NaAlO₂、Fe₂O₃（或Fe₃O₄），加水NaVO₃、NaAlO₂溶解，鐵的氧化物不溶解，故浸出渣B為Fe₂O₃（或Fe₃O₄），
故答案為：Fe₂O₃（或Fe₃O₄）；
（2）由信息②常溫下物質的溶解度，可知H₂SO₄與NaVO₃反應生成難溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些燒渣的表面，阻礙了反應的進行，從而降低了HVO₃產率，且使產生的HVO₃不純．另外，鐵的氧化物會和硫酸反應生成鐵離子，增加干擾離子，消耗硫酸，浪費資源．
故答案為：H₂SO₄與NaVO₃反應生成難溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些燒渣的表面，阻礙了反應的進行，從而降低了HVO₃產率，且使產生的HVO₃不純．另外，鐵的氧化物會和硫酸反應生成鐵離子，增加干擾離子，消耗硫酸，浪費資源；
（3）操作①將固體與液體分離得到HVO₃，應過濾，并洗滌附著的雜質；
加入硫酸反應，偏鋁酸鈉與NaVO₃與硫酸反應都生成硫酸鈉，偏鋁酸根會轉化為鋁離子，不洗滌，產品中可能含有的金屬陽離子是Na⁺、Al³⁺；
操作②是加熱分解固體HVO₃生成V₂O₅，應在坩堝內進行，故選D，
故答案為：過濾；Na⁺、Al³⁺；D；
（4）五氧化二釩與NaOH溶液反應生成釩酸鈉和水，不涉及氧化還原反應，說明五氧化二釩具有酸性氧化物的性質，氧化物應保留化學式，則該反應為：V₂O₅ +2OH^-=2VO₃^-+H₂O，
故答案為：V₂O₅ +2OH^-=2VO₃^-+H₂O；
（5）已知：①、2V₂O₅（l）+5Si（s）+5CaO（s）=4V（s）+5CaSiO₃（s）；△H₁=-2096.7kJ/mol
②、CaSiO₃（s）=CaO（s）+SiO₂（s）；△H₂=+92.5kJ/mol
根據蓋斯定律，①+②×5得：2V₂O₅（l）+5Si（s）=4V（s）+5SiO₂（s）；故△H₃=-2096.7kJ/mol+92.5kJ/mol×5=-1634.2 kJ/mol，
故答案為：-1634.2 kJ/mol．

點評：本題考查化學工業流程、物質的分離提純、反應熱的計算等，難度中等、是對所學知識的綜合運用，注意基礎知識的理解掌握．