Question

16．钨是我国丰产元素．科研专家经过长期勘测评审，于2016年元月确认江西省浮梁县存在着世界上最大的钨矿．从而进一步确立了江西省“世界钨都”的地位．自然界中钨有部分是以钨（+6价）酸盐的形式存在．黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐（FeWO₄、MnWO₄）．含有SiO₂、Al₂O₃等杂质．现用黑钨矿制备金属钨的流程图如下：

说明：a：反应①是在高温熔融下进行的，烧结物成分为：Fe₂O₃、Mn₂O₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂WO₄
      b：生成Fe₂O₃的反应为：4FeWO₄+4Na₂CO₃+O₂═4Na₂WO₄+4CO₂+2Fe₂O₃
      c：在pH值3.0～4.4的热溶液中，用盐酸沉淀出钨酸与杂质分离，灼烧后即为三氧化钨
回答下列问题：
（1）写出烧结物中生成Na₂SiO₃的化学反应方程式：Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，生成Mn₂O₄与生成Fe₂O₃所发生的反应原理相同，请写出生成Mn₃O₄的化学反应方程式：6MnWO₄+6NaCO₃+O₂=6Na₂WO₄+6CO₂+2Mn₃O₄．
（2）操作3需要用到玻璃仪器的有：玻璃棒、烧杯、漏斗．
（3）通入足量CO₂时发生的离子反应方程式为：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-、CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-．
（4）上述流程最后步骤中钨的制备属于工业冶炼金属的何种方法热还原法．
（5）我国钨化学研究的奠基人顾翼东先生采用另外的反应制得了一种黄色的、非整比的钨的氧化物WO_（3-x），这种蓝色氧化钨具有比表面大、易还原得优点．一般认为，蓝色氧化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在正五价和正六价两种状态的钨，若x的值为0.1，则蓝色氧化钨中这两种价态的钨原子数之比为1：4．

Answer 1

分析 黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐（FeWO₄、MnWO₄）．含有SiO₂、Al₂O₃等杂质在空气中加入氢氧化钠熔融，烧结物成分为：Fe₂O₃、Mn₂O₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂WO₄，冷却溶解过滤得到滤液A，在pH值3.0～4.4的热溶液中，用盐酸沉淀出钨酸B与杂质分离，灼烧后即为三氧化钨，氢气还原氧化钨得到金属钨，
（1）烧结物中生成Na₂SiO₃的化学反应是二氧化硅和碱反应生成，如碳酸钠和二氧化硅混合加热反应生成硅酸钠和二氧化碳，生成Mn₃O₄的化学反应是依据反应4FeWO₄+4Na₂CO₃+O₂═4Na₂WO₄+4CO₂+2Fe₂O₃类推得到；
（2）操作3为过滤，据此选择需要的仪器；
（3）滤液1中通入过量二氧化碳是溶液中偏铝酸根离子和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，二氧化碳和硅酸根离子反应生成白色沉淀硅酸；
（4）脱水产物为WO₃，通入氢气还原生成钨金属，属于热还原法；
（5）钨的氧化物WO_（3-x）中x=0.1，则钨的氧化物为WO_2.9，根据十字交叉法来计算回答．

解答 解：（1）烧结物中生成Na₂SiO₃的化学反应是二氧化硅和碱反应生成，如碳酸钠和二氧化硅混合加热反应生成硅酸钠和二氧化碳，烧结物中生成Na₂SiO₃的化学反应方程式为：Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，生成Mn₃O₄的化学反应是结合反应4FeWO₄+4Na₂CO₃+O₂═4Na₂WO₄+4CO₂+2Fe₂O₃，类推得到，生成Mn₂O₄与生成Fe₂O₃所发生的反应原理相同，生成Mn₃O₄的化学反应方程式为：6MnWO₄+6NaCO₃+O₂=6Na₂WO₄+6CO₂+2Mn₃O₄，
故答案为：Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；6MnWO₄+6NaCO₃+O₂=6Na₂WO₄+6CO₂+2Mn₃O₄；
（2）操作3为分离溶液和固体的过滤操作，需要用到玻璃仪器的有：玻璃棒、烧杯、漏斗，
故答案为：玻璃棒、烧杯、漏斗；
（3）滤液1中通入过量二氧化碳是溶液中偏铝酸根离子和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，通入足量CO₂时发生的离子反应方程式为：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，二氧化碳和硅酸根离子反应生成白色沉淀硅酸，反应的离子方程式为：CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，
故答案为：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；
（4）分析可知，H₂WO₄脱水产物为WO₃，通入氢气还原生成钨金属，WO₃+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$W+3H₂O冶炼的方法，属于热还原法，故答案为：热还原法；
（5）钨的氧化物WO_（3-x）中x=0.1，则钨的氧化物为WO_2.9，可用十字交叉法求算：，
故答案为：1：4

点评 本题意工艺流程题为载体，综合考查学生氧化还原以及金属的冶炼等方面的知识，题目难度中等．