Question

8．金属钨是熔点最高的金属，钨元素在自然界以钨酸盐的形式存在．白钨矿的主要成分是CaWO₄，黑钨矿的主要成分是FeWO₄．如图是黑钨矿碱熔法冶炼工艺流程：

其中A、B、C都是钨的化合物，而且钨元素价态相同．回答：
（1）钨是74号元素，与铬（Cr）同族，钨的最外层有两个电子，则钨在元素周期表中的位置是第六周期第VIB族，最高化合价是+6价，其原子结构示意图为，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d⁴6s²．
（2）碱熔时，FeWO₄转化为氧化铁和钨酸钠，写出相应反应的化学方程式：2MnWO₄+4NaOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2Na₂WO₄+2MnO₂+2H₂O．
（3）滤液A和浓盐酸发生的是复分解反应，这一反应的化学方程式是Na₂WO₄+2HCl═H₂WO₄↓+2NaCl．操作Ⅱ的名称是过滤，沉淀B必须洗涤干净的原因是防止NaCl混入生成的H₂WO₄中使产品不纯，实验室中证明沉淀B是否洗净的方法是取最后一次洗液，加入硝酸酸化后再加入硝酸银溶液．
（4）为制得高纯度金属钨，采用氢气还原固体C的原因是使用H₂作还原剂不易引入杂质．
（5）某种蓝色氧化钨的化学式可以表示为WO_2.95，一般认为，蓝色氧化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在五价和六价两种价态的钨，则蓝色氧化钨中五价钨与六价钨的原子数目之比为1：9．

Answer 1

分析 由流程可知，钨酸亚铁和氢氧化钠、氧气反应生成氧化铁和钨酸钠，根据化合价升降法配平方程式；
钨酸锰和氢氧化钠反应生成钨酸钠和氢氧化锰，水浸时，氧化铁和氢氧化锰不溶于水，钨酸钠溶于水，故过滤后得到的滤液含钨酸钠，故A为钨酸钠，钨酸钠和浓盐酸反应生成钨酸和氯化钠；钨酸酸性很弱，难溶于水，判断B为钨酸；钨酸加热分解产生三氧化钨和水，判断C为三氧化钨．
（1）根据核外电子数及电子排布规律分析；
（2）根据氧化铁和氧化锰不溶于水，钨酸钠易溶于水判断A为钨酸钠，则MnWO₄与NaOH反应生成二氧化锰和钨酸钠；
（3）Na₂WO₄与浓盐酸反应生成氯化钠和H₂WO₄；分离溶液和不溶性固体采用过滤方法；洗涤沉淀防止杂质混入产品中；检验沉淀是否洗净应取最后一次洗液，因沉淀中可能含氯离子，用硝酸银和稀硝酸来检验；
（4）碳或氢气都可置换出钨，但碳为固体，难以分离；
（5）把五价和六价两种价态的氧化物的化学式分别写成WO_2.5和WO₃，设蓝色氧化钨的组成为xWO_2.5•yWO₃，利用W和O的个数之比为1：2.95来解答．

解答 解：由流程可知，钨酸亚铁和氢氧化钠、氧气反应生成氧化铁和钨酸钠，根据化合价升降法配平方程式；
钨酸锰和氢氧化钠反应生成钨酸钠和氢氧化锰，水浸时，氧化铁和氢氧化锰不溶于水，钨酸钠溶于水，故过滤后得到的滤液含钨酸钠，故A为钨酸钠，钨酸钠和浓盐酸反应生成钨酸和氯化钠；钨酸酸性很弱，难溶于水，判断B为钨酸；钨酸加热分解产生三氧化钨和水，判断C为三氧化钨．
（1）钨是74号元素，与铬（Cr）同族，钨的最外层有两个电子，核外各电子层电子数为2、8、18、32、14、2，电子层数等于周期序数，所以在周期表的位置是第六周期，其外围电子排布为5d⁴6s²，位于第VIB族，最高正价为+6价，其原子结构示意图为；其电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d⁴6s²，
故答案为：第六周期第VIB族；+6；；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d⁴6s²；
（2）氧化铁和氧化锰不溶于水，钨酸钠易溶于水判断A为钨酸钠，则MnWO₄与NaOH反应生成二氧化锰和钨酸钠，反应中锰元素化合价升高作还原剂，氧气作氧化剂，其反应方程式为：2MnWO₄+4NaOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2Na₂WO₄+2MnO₂+2H₂O，
故答案为：2MnWO₄+4NaOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2Na₂WO₄+2MnO₂+2H₂O；
（3）Na₂WO₄与浓盐酸反应生成氯化钠和H₂WO₄，其化学方程式为：Na₂WO₄+2HCl═H₂WO₄↓+2NaCl；分离溶液和不溶性固体采用过滤方法；洗涤沉淀防止杂质混入产品中，所以沉淀B必须洗涤干净的原因是防止NaCl混入生成的H₂WO₄中使产品不纯；检验沉淀是否洗净应取最后一次洗液，检验是否含氯离子，用硝酸银和稀硝酸来检验；
故答案为：Na₂WO₄+2HCl═H₂WO₄↓+2NaCl；过滤；防止NaCl混入生成的H₂WO₄中使产品不纯；取最后一次洗液，加入硝酸酸化后再加入硝酸银溶液；
（4）碳或氢气都可置换出钨，如果用碳作还原剂，混杂在金属中的碳不易除去，而且碳在高温下和金属钨也能生成碳化钨，不容易获得纯净的金属钨．H₂作还原剂，过量的H₂会从体系中自动逸出，
故答案为：使用H₂作还原剂不易引入杂质；
（5）把五价和六价两种价态的氧化物的化学式分别写成WO_2.5和WO₃，设蓝色氧化钨的组成为xWO_2.5•yWO₃，
因W和O的个数之比为1：2.95，则有$\frac{x+y}{2.5x+3y}$=$\frac{1}{2.95}$，解得$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{9}$；所以蓝色氧化钨中五价和六价两种价态的钨的原子数之比为1：9；
故答案为：1：9．

点评 本题主要考查工业制备流程、金属的冶炼、氧化还原反应和化学计算，并考查学生正确书写化学方程式的能力，一道综合知识的考查题，考查学生分析和解决问题的能力，综合性强，难度中等．