1、专项提能特训专项提能特训 5 热点金属及其化合物的制备大题热点金属及其化合物的制备大题 1随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金维 生素”。已知钒的原子序数为 23，回答下列问题： (1)钒被认为是一种稀土元素，广泛分散于各种矿物中，钾钒铀矿中的钒原子最外层已达到 8 电子稳定结构，其化学式为 K2H6U2V2O15(其中钒元素的化合价为5 价)，若用氧化物的形 式表示， 该化合物的化学式为： _。 (2)五氧化二钒是工业制造中的常用催化剂，如工业制硫酸中就利用五氧化二钒作催化剂。 从含钒废催化剂中回收钒，传统的技术是“氧化焙烧法”，其具体流程为： 配料 研
2、磨 焙烧 水浸 沉钒 煅烧 V2O5 其中焙烧是将食盐和钒铅矿在空气中焙烧，这时矿石中所含的 V2O5就转化为 NaVO3，然后 用水从烧结块中浸出 NaVO3，再用稀硫酸酸化就得到 V2O5的水合物，经过煅烧就可得到 V2O5。 配料在焙烧前磨碎的目的是_。 写出焙烧过程中 V2O5发生反应的化学方程式：_。 (3)测定钒含量的方法是先把钒转化成 V2O5，V2O5在酸性溶液里转变成 VO 2，再用盐酸、硫 酸亚铁、草酸等测定钒。反应的化学方程式为：VO 2H2C2O4=VO 2CO 2H2O。若 反应消耗 0.9 g 草酸，参加反应的钒元素质量是_g。 答案 (1)K2O V2O5 2UO
3、3 3H2O (2)增大接触面积，使反应充分进行 2V2O54NaClO2= 高温 4NaVO32Cl2 (3)0.51 解析 (3)0.9 g 草酸的物质的量是 0.9 g 90 g mol 10.01 mol，则根据反应的化学方程式 VO 2 H2C2O4=VO 2CO 2H2O可知参加反应的钒元素的质量是0.01 mol51 g mol 10.51 g。 2铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为 1 857 。 (1)工业上以铬铁矿主要成分是 Fe(CrO2)2为原料冶炼铬的流程如图所示： Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为_价。 高温氧化时反应的化学方程
4、式为_。 操作 a 由两种均发生了化学反应的过程构成，其内容分别是_、铝热反应。 (2)Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与 NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式 _、 _。 (3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。转化为重要产 品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz)：先向含 CrO2 4的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁，待充分反 应后再通入适量空气(氧化部分 Fe2 )并加入 NaOH，就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁 铬氧体。 写出 CrO2 4在酸性条件下被 Fe 2还原为 Cr3的离子方程式：_。 若处理含 1 mol CrO2 4(不考虑其他
5、含铬微粒)的污水时恰好消耗 10 mol FeSO4， 则当铁铬氧 体中 n(Fe2 )n(Fe3)32 时，铁铬氧体的化学式为_。 答案 (1)3 4Fe(CrO2)27O28Na2CO3= 高温 2Fe2O38Na2CrO48CO2 灼烧使 Cr(OH)3分解 (2)NaCrO2 Cr2(SO4)3 (3)3Fe2 CrO2 48H =3Fe3Cr34H 2O Cr2Fe20O27 解析 (1)根据化合物中各元素的正负化合价代数和为 0 分析。根据流程确定反应物和 生成物，用化合价升降法配平书写化学方程式。(2)模仿 Al(OH)3与 NaOH、稀硫酸的反应确 定生成物。(3)酸性条件下
6、CrO2 4被 Fe 2还原为 Cr3，Fe2被氧化成 Fe3，反应可写成 Fe2 CrO2 4H Fe3Cr3H 2O，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，配平方程 式。根据 Fe 守恒，铁铬氧体中 n(Fe2 )10 mol3 56 mol，n(Fe 3)10 mol2 54 mol， 根据 Cr 守恒，铁铬氧体中 n(Cr3 )n(CrO2 4)1 mol，根据电荷守恒，铁铬氧体中 n(O 2) 26 mol34 mol31 mol 2 13.5 mol，铁铬氧体中 n(Cr)n(Fe)n(O)1 mol10 mol13.5 mol22027，铁铬氧体的化学式为 Cr2Fe20O27。
7、 3 一种用软锰矿(主要成分 MnO2)和黄铁矿(主要成分 FeS2) 制取 MnSO4 H2O 并回收单质硫 的工艺流程如下： 已知：本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。 回答下列问题： (1)步骤混合研磨成细粉的主要目的是_；步骤浸取时若生成 S、MnSO4及 Fe2(SO4)3的化学方程式为_。 (2)步骤所得酸性滤液可能含有 Fe2 ， 为了除去 Fe2可先加入_； 步骤需将溶液加热至沸然后在不断搅拌下加入碱调节 pH 为 45，再继续煮沸一段时间， “继续煮沸”的目的是_。 步骤所得滤渣为 _(填化学式)。 (3)步骤需在 90100 下进行，该反应的化学方程式为
8、_。 (4)测定产品 MnSO4 H2O 的方法之一是：准确称取 a g 产品于锥形瓶中，加入适量 ZnO 及 H2O 煮沸，然后用 c mol L 1KMnO 4标准溶液滴定至浅红色且半分钟不褪色，消耗标准溶液 V mL，产品中 Mn2 的质量分数为 w(Mn2)_。 答案 (1) 增大接触面积，提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率 3MnO22FeS2 6H2SO4=3MnSO4Fe2(SO4)34S6H2O (2)软锰矿粉或 H2O2溶液 破坏 Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒长大，便于过滤分离 Fe(OH)3 (3)(NH4)2Sx1= 2NH3H2SxS (4)8.25cV a % 解析
9、(2)由于 Fe2 具有较强的还原性，在酸性条件下可用软锰矿粉(MnO 2)或 H2O2将其氧 化为 Fe3 ，既不引入杂质，又能达到除去的目的；用碱液处理时，需将溶液加热至沸，然 后在不断搅拌下调节 pH 为 45，再继续煮沸一段时间，以破坏 Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒 增大，便于过滤分离，得到的滤渣为 Fe(OH)3。 (4)已知本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。根据电子转移守恒 可得二者反应的方程式为 2KMnO43MnSO4 H2O=5MnO2K2SO42H2SO4H2O，已知 n(KMnO4)c mol L 1V103LcV103mol，则 n(MnSO 4
10、 H2O)1.5cV10 3mol，产 品中 Mn2 的质量分数为 w(Mn2)1.5cV10 3mol55 g mol1 a g 100%8.25cV a %。 4金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，而被广泛用作高新科技材料，并被 誉为“未来金属”，但在高温时钛化合能力极强，可以与氧、碳、氮及其他元素化合。以钛 铁矿(主要成分 FeTiO3，钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛，同时获得副产品甲的工业生产流 程如下： 回答下列问题： (1)已知反应钛铁矿和浓 H2SO4反应的产物之一是 TiOSO4，反应中无气体生成，则该反应 属于_(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)，写出
11、该反应的化学方程式： _。 (2)写出上述反应、的化学方程式：_。 (3)反应要在氩气氛围中进行的理由是_，最终所得到的金属钛中会混有 少量杂质，可加入_溶解后除去。 (4)用熔融法直接电解 TiO2也能制取金属钛，该反应的化学方程式为_。 (5)如果取钛铁矿 m 吨，杂质的百分含量为 w，最终生产出钛 n 吨(不考虑损耗)，则 m、n、 w 三者之间的数学关系是_(已知 Ti 的相对原子质量为 48)。 答案 (1)非氧化还原反应 FeTiO32H2SO4(浓)=TiOSO4FeSO42H2O (2)H2TiO3= 煅烧 TiO2H2O、TiO22Cl22C= 高温 TiCl42CO (3)Ti 在高温下化合能力极强，在氩气氛围中可防止其与 O2、N2等化合 稀盐酸 (4)TiO2(熔融)= 电解 TiO2 (5)6m19n6mw 解析 (1)分析各元素的化合价可知，没有元素的化合价变化。 (2)钛酸亚铁的化学式是 FeTiO3，则钛酸的化学式为 H2TiO3。 (5)根据 Ti 的质量守恒，得 m(1w)48 152n，则 6m19n6mw。
