Question

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．
（1）钒主要用来制造钒钢．钒钢具有很高的耐磨损性和抗撞击性，原因是

 

（填序号）
A．钒在常温下，化学活泼性较弱
B．钒钢表面形成了致密且坚固的氧化膜
C．钒钢结构紧密，具有较高的韧性、弹性和强度
（2）在温度较低时，溶液中钒酸盐会转化为焦钒酸盐：
2VO₄^3-+H₂O?V₂O₇^4-+2OH^-①
在温度较高时，焦钒酸盐又转化为偏钒酸盐：
V₂O₇^4-+H₂O?2VO₃^-+2OH^-②
反应②平衡常数的表达式K=

 

；
（3）已知某温度下：4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H=-1551kJ?mol^-1
4V（s）+3O₂（g）=2V₂O₃（s）△H=-1219kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
写出H₂还原V₂O₅得到V₂O₃的热化学方程式：

 

；
（4）用钒酸钠（Na₃VO₄）溶液（含PO₄^3-、SiO₃^2-等杂质离子）制备高纯V₂O₅流程如下：
①加入镁盐，加热搅拌，其中加热的作用是

 

；
②在25℃时，K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=1.0×10^-26，若净化后溶液中的Mg²⁺的平衡浓度为 1.0×10^-4 mol?L^-1，则溶液中c（P0₄^3-）=

 

；
③加入NH₄Cl，加热搅拌，该步骤反应的离子方程式为

 

；
④为测定产品纯度，称取产品mg，溶解后定容在100mL容量瓶中，每次取5.00mL溶液于锥形瓶中，加入一定量的稀盐酸和KI溶液，用a mol?L^-1Na₂S₂O₃标准溶 液滴定，发生的反应为：
V₂O₅+6HCl+2KI=2VOCl₂+2KCl+I₂+3H₂O
I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI
若三次滴定消耗标准溶液的平均体积为bmL，则该产品的纯度为

 

（用含m、a、b的代数式表示）．

Answer 1

分析：（1）根据合金的性质分析；
（2）根据反应方程式和平衡常数的含义书写K的表达式；
（3）利用盖斯定律结合已知热化学方程式计算；
（4）①根据温度对反应速率的影响分析；
②已知Mg²⁺的平衡浓度，根据K_sp[Mg₃（PO₄）₂]计算；
③根据流程可知NH₄⁺与VO₃^-结合生成NH₄VO₃沉淀；
④根据反应方程式求出V₂O₅的物质的量，然后求出其质量，再求产品的纯度．

解答：解：（1）根据合金的性质可知，合金的硬度一般比其成分金属的硬度大，钒与铁形成钒钢合金，钒钢合金结构紧密，具有较高的韧性、弹性和强度，
故答案为：C；
（2）已知反应方程式V₂O₇^4-+H₂O?2VO₃^-+2OH^-，则平衡常数的表达式为K=

[VO3-]2[OH-]2

[V2O74-]

，故答案为：

[VO3-]2[OH-]2

[V2O74-]

；
（3）已知某温度下：①4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H=-1551kJ?mol^-1
②4V（s）+3O₂（g）=2V₂O₃（s）△H=-1219kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
根据盖斯定律：

1

2

×②+③-

1

2

×①所得方程式为 V₂O₅（s）+2H₂（g）=V₂O₃（s）+2H₂O（l），则其△H=

1

2

（-1219）+（-571.6）-

1

2

（-1551）=-405.6kJ?mol^-1；
所以H₂还原V₂O₅得到V₂O₃的热化学方程式为：V₂O₅（s）+2H₂（g）=V₂O₃（s）+2H₂O（l）△H=-405.6kJ?mol^-1；
故答案为：V₂O₅（s）+2H₂（g）=V₂O₃（s）+2H₂O（l）△H=-405.6kJ?mol^-1；
（4）①升高温度能加快反应速率，所以加热的作用是提高生成沉淀的反应速率；故答案为：提高生成沉淀的反应速率；
②已知净化后溶液中的Mg²⁺的平衡浓度为 1.0×10^-4 mol?L^-1，所以c（P0₄^3-）=

Ksp[Mg3(PO4)2] ( 1.0×10-4 )3

=1.0×10^-7mol?L^-1；故答案为：1.0×10^-7mol?L^-1；
③根据流程可知NH₄⁺与VO₃^-结合生成NH₄VO₃沉淀，所以其离子方程式为NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
故答案为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；
④已知反应方程式为：V₂O₅+6HCl+2KI=2VOCl₂+2KCl+I₂+3H₂O
I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI，
设5.00mL溶液中V₂O₅的物质的量为xmol，
    V₂O₅ ～I₂ ～2Na₂S₂O₃
     1mol                  2mol
     xmol                 a×b×10^-3mol  
则x=

1

2

ab×10^-3mol，所以100mL溶液中V₂O₅的物质的量为

100

5

×

1

2

ab×10^-3mol=ab×10^-2mol，则其质量为m=nM=ab×10^-2mol×182g/mol=1.82abg，
所以该产品的纯度为

1.82ab

m

×100%=

182ab

m

%；
故答案为：

182ab

m

%．

点评：本题考查了合金的性质、平衡常数、盖斯定律的应用、Ksp的有关计算、有关方程式的计算等，涉及的知识点较多，题目难度较大，侧重于学生综合能力的考查．