题目内容

17．钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池．从含钒固体废弃物（含有SiO2、Al2O3及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如图1：

部分含钒化合物在水中的溶解性如表：
物质V2O5NH4VO3VOSO4（VO2）2SO4
溶解性难溶难溶可溶易溶
请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有VO2+和Al3+．
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是Al（OH）3（写化学式）．
（3）反应④的离子方程式为VO3-+NH4+=NH4VO3↓．
（4）25℃、101 kPa时，4Al（s）+3O2（g）═2Al2O3（s）△H1=-a kJ/mol
4V（s）+5O2（g）═2V2O5（s）△H2=-b kJ/mol
用V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是10Al（s）+3V2O5（s）=5Al2O3（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$kJ/mol．
（5）钒液流电池（如图2所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H+通过．电池放电时负极的电极反应式为V2+-e-=V3+，电池充电时阳极的电极反应式是VO2+-e-+H2O=VO2++2H+．
（6）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO${\;}_{2}^{+}$+H2C2O4+2H+═2VO2++2CO2↑+2H2O．取25.00mL0.1000 mol/L
H2C2O4标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0mL，由此可知，该（VO2）2SO4溶液中钒的含量为10.6g/L．

分析 反应①用硫酸溶解含钒固体废弃物（含有SiO2、Al2O3及其他残渣），生成（VO2）2SO4和硫酸铝，SiO2等不溶性杂质过滤除去；反应②是用碳酸钠溶液与（VO2）2SO4和硫酸铝反应，与（VO2）2SO4反应生成NaVO3，碳酸根离子与铝离子水解相互促进生成Al（OH）3沉淀；反应④是NaVO3溶液与氯化铵反应生成NH4VO3沉淀，加热NH4VO3分解为V2O5，据此解答（1）（2）（3）；
（4）据已知热化学方程式和待求热化学方程式，利用盖斯定律计算；
（5）钒液流电池放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，充电时，阳极发生氧化反应；
（6）先据反应方程式和滴定数据计算（VO2）2SO4溶液中c（VO2+）的物质的量浓度，再计算该（VO2）2SO4溶液中钒的含量．

解答 解：反应①用硫酸溶解含钒固体废弃物（含有SiO2、Al2O3及其他残渣），生成（VO2）2SO4和硫酸铝，SiO2等不溶性杂质过滤除去；反应②是用碳酸钠溶液与（VO2）2SO4和硫酸铝反应，与（VO2）2SO4反应生成NaVO3，碳酸根离子与铝离子水解相互促进生成Al（OH）3沉淀；反应④是NaVO3溶液与氯化铵反应生成NH4VO3沉淀，加热NH4VO3分解为V2O5，
（1）用硫酸溶解含钒固体废弃物（含有SiO2、Al2O3及其他残渣），生成（VO2）2SO4和硫酸铝，溶液中的阳离子除氢离子外还有VO2+和Al3+，
故答案为：VO2+和Al3+；
（2）含杂质的（VO2）2SO4溶液用碳酸钠溶液碱浸生成含杂质的NaVO3溶液，Al（OH）3不溶于弱碱，所以反应②碱浸后滤出的固体主要成分是Al（OH）3，
故答案为：Al（OH）3；
（3）据工艺流程图可知，反应④的离子方程式为VO3-+NH4+=NH4VO3↓，故答案为：VO3-+NH4+=NH4VO3↓；
（4）已知①4Al（s）+3O2（g）═2Al2O3（s）△H1=-a kJ/mol
②4V（s）+5O2（g）═2V2O5（s）△H2=-b kJ/mol
据盖斯定律，（①×5-②×3）÷2得：10Al（s）+3V2O5（s）=5Al2O3（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$kJ/mol，
故答案为：10Al（s）+3V2O5（s）=5Al2O3（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$kJ/mol；
（5）钒液流电池放电时负极发生氧化反应，据图可知，电极反应式为V2+-e-=V3+，正极发生还原反应，充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为VO2+-e-+H2O=VO2++2H+；
故答案为：V2+-e-=V3+；VO2+-e-+H2O=VO2++2H+；
（6）据滴定数据，结合离子方程式c（VO2+）=$\frac{2×0.025L×0.100mol/L}{0.024L}$=0.2083mol/L，所以1L溶液中含V的质量为0.2083mol/L×1L×51g/mol=10.6g，
故答案为：10.6．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及原电池和电解池原理、滴定实验及计算、盖斯定律、物质分离和提纯等知识点，明确实验原理及物质性质、基本操作方法等是解本题关键，难点是分析流程图中每一步可能发生的反应或基本操作方法，注意结合题给信息分析解答，题目难度中等．

练习册系列答案
相关题目
7．下列有关物质的性质与应用不相对应的是（　　）
A．铝的熔点很高，可用于制作耐高温材料
B．Na2O2能与水和二氧化碳反应生成氧气，可用于呼吸面具中作为氧气的来源
C．明矾能在天然水中生成Al（OH）3胶体，可用作净水剂
D．用氢氟酸雕刻玻璃，是由于氢氟酸能与二氧化硅反应
8．白藜芦醇是一种抗肿瘤的药物，合成它的一种路线如图：

（1）化合物A长期暴露在空气中会变质，其原因是酚类化合物易被空气中的O2氧化．
（2）化合物F中的含氧官能团且呈酸性的名称是羧基．
（3）反应④中加入X的分子式为C9H10O3，X的结构简式为．
（4）①～④反应中，属于取代反应的是①②③．
（5）设置反应③的目的是保护酚羟基．
（6）D的一种同分异构体满足下列条件：
Ⅰ．属于α氨基酸；
Ⅱ．能使溴水褪色，但不能使FeCl3溶液显色
Ⅲ．分子中有7种不同化学环境的氢，且苯环上的一取代物只有一种．
写出符合上述条件的该同分异构体的一种结构简式．
（7）根据已有知识并结合相关信息，写出以乙醛为原料制备CH3CH═C（CH3）COOH的合成路线流程图（无机试剂任用）．合成路线流程图示例如下：
CH3CH2Br$→_{△}^{NaOH溶液}$CH3CH2OH$→_{浓硫酸，△}^{CH_{3}COOH}$CH3COOCH2CH3
．
5．按照要求将相应序号填入空白中：
①35Cl②金刚石③CO④CO2⑤37Cl⑥${\;}_{6}^{14}$C⑦SO2⑧${\;}_{7}^{14}$N⑨石墨
（1）①⑤互为同位素
（2）④⑦为酸性氧化物
（3）⑥⑧的质量数相等，但不能互为同位素
（4）②⑨互称同素异形体．
12．下列有关离子反应的方程式书写正确的是（　　）
A．向Na2S2O3溶液中通入足量氯气：S2O32-+2Cl2+3H2O═2SO32-+4Cl-+6H+
B．等体积、等浓度的Ba（OH）2稀溶液与NH4HCO3稀溶液混合：Ba2++2OH-+NH4++HCO3-═BaCO3↓+NH3•H2O+H2O
C．氢氧化钙溶液与碳酸氢镁溶液反应：HCO3-+Ca2++OH-═CaCO3↓+H2O
D．在强碱溶液中次氯酸钠与Fe（OH）3反应生成Na2FeO4：3ClO-+2Fe（OH）3═2FeO42-+3Cl-+H2O+4H+
2．10.6g某有机化合物A完全燃烧后，得到0.8molCO2气体和9.0g H2O，该有机化合物对氢气的相对密度是53．
（1）求该有机物的相对分子质量；
（2）求该有机物的分子式；
（3）根据下列实验现象及结论，写出该有机物的结构简式．
①分子中含有苯环，
②它能使KMnO4酸性溶液褪色，
③它能发生硝化反应，当引入1个硝基时，只能得到1种硝基化合物．
9．某小组同学按图所示流程进行实验，用贝壳（主要成分是碳酸钙，杂质不参加反应且不溶于水）和纯碱为原料制取烧碱，请你参与讨论并回答相关问题．

（1）贝壳高温煅烧时，发生反应的化学方程式是CaCO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO2↑；
（2）固体A和还原铁粉是食品包装袋中常用的两种干燥剂．
①可区分两种干燥剂的简单物理方法是用磁铁吸引；
②操作Ⅰ中用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；
（3）溶液蒸发结晶得到固体C的过程中，常用玻璃棒搅拌，其目的是使液体受热均匀，防止液滴外溅；
【问题与发现】该小组同学所得到固体C一定是纯净的NaOH吗？
【猜想与假设】根据反应原理，甲、乙、丙三位同学提出以下猜想：
甲：纯净的NaOH；乙：NaOH和Na2CO3的混合物；丙：NaOH和Ca（OH）2的混合物
【探究与验证】甲、乙、丙三位同学分别设计下列方案，对自己的猜想进行验证．他们的实验操作、现象和结论记录如下表，请参与他们的探究并完成所缺内容．
实验操作现象结论
甲取少量固体C，溶于适量水形成溶液后，滴加几滴酚酞试液溶液变红猜想成立
乙取少量固体C，溶于适量水形成溶液后，滴加足量稀硫酸无气泡产生猜想不成立
丙取少量固体C，溶于适量水形成溶液后，滴加几滴饱和碳酸钠溶液出现白色沉淀猜想成立
【反思与评价】根据实验流程，可以判定甲同学设计的方案不严密，理由是：因为碳酸钠、氢氧化钙的水溶液都显碱性，无论碳酸钠过量还是氢氧化钙过量，混有碳酸钠或氢氧化钙的氢氧化钠配成溶液后，都能够使酚酞试液变红色，所以酚酞试液变红色，不能说明是纯净的氢氧化钠．
6．将2.8g铁投入200mL某浓度的盐酸中，铁和盐酸恰好完全反应．
求：（1）反应中生成的H2在标准状况下的体积；
（2）所用盐酸中HCl的物质的量浓度．
1．下表为各物质中所含有的少量杂质以及除去这些杂质应选用的试剂或操作方法．正确的一组为（　　）
序号物质杂质除杂质应选用的试剂或操作方法
ACCl4Br2用NaOH溶液洗涤、分液
BFeCl3CaCO3溶解、过滤、蒸发结晶
CAl2（SO4）3溶液MgSO4加入过量烧碱后过滤，再用硫酸酸化滤液
DCO2SO2通过盛有品红溶液的洗气瓶，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶
A．AB．BC．CD．D

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