Question

钒及化合物用途广泛．工业上常用含少量Al₂O₃的钒铁矿（FeO?V₂O₅）碱熔法提取V₂O₅．简要流程如下：

已知：①焙烧时可发生反应：V₂O₅+Al₂O₃+2Na₂CO₃ 

高温  .

2NaVO₃+2NaAlO₂+2CO₂↑
②常温下物质的溶解度：NaVO₃～21.2g/100g水；HVO₃～0.008g/100g水
（1）“浸出渣B”的主要成分是

 

．（写化学式）
（2）生产中，不直接用H₂SO₄浸泡“烧渣A”获取HVO₃的原因是

 

．
（3）“操作①”包括

 

、洗涤．如果不洗涤，则产品中可能含有的金属阳离子是

 

、

 

．下列装置（部分夹持仪器省去）可用在实验室进行“操作②”的是

 

．（填序号）

（4）NaVO₃用于原油的脱硫技术，由V₂O₅溶于NaOH溶液中制取，反应的离子方程式为：

 

．
（5）V₂O₅还可用于将硅铁炼成钒铁．生产中加入CaO可节能减排．有关反应如下：
2V₂O₅（l）+5Si（s）+5CaO（s）=4V（s）+5CaSiO₃（s）；△H₁=-2096.7kJ/mol
已知：CaSiO₃（s）=CaO（s）+SiO₂（s）；△H₂=+92.5kJ/mol
则：2V₂O₅（l）+5Si（s）=4V（s）+5SiO₂（s）；△H₃=

 

．

Answer 1

考点：常见金属元素的单质及其化合物的综合应用,用盖斯定律进行有关反应热的计算,镁、铝的重要化合物,铁的氧化物和氢氧化物,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：化学反应中的能量变化,几种重要的金属及其化合物

分析：（1）焙烧是利用含少量Al₂O₃的钒铁矿（FeO?V₂O₅），Fe元素被氧化，生成Fe₂O₃或Fe₃O₄，结合反应①可知，烧渣A的主要成分为NaVO₃、NaAlO₂、Fe₂O₃（或Fe₃O₄），据此判断；
（2）由信息②常温下物质的溶解度，可知H₂SO₄与NaVO₃反应生成难溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，且铁的氧化物与硫酸反应．增加干扰离子；
（3）操作①将固体与液体分离得到HVO₃，应过滤，丙洗涤附着的杂质；
加入硫酸反应，偏铝酸钠与NaVO₃与硫酸反应都生成硫酸钠，偏铝酸根会转化为铝离子，据此判断；
操作②是加热分解固体HVO₃生成V₂O₅，应在坩埚内进行；
（4）五氧化二钒与NaOH溶液反应生成钒酸钠和水，不涉及氧化还原反应，说明五氧化二钒具有酸性氧化物的性质，氧化物应保留化学式；
（5）根据盖斯定律计算．

解答： 解：（1）焙烧是利用含少量Al₂O₃的钒铁矿（FeO?V₂O₅），Fe元素被氧化，生成Fe₂O₃或Fe₃O₄，结合反应①可知，烧渣A的主要成分为NaVO₃、NaAlO₂、Fe₂O₃（或Fe₃O₄），加水NaVO₃、NaAlO₂溶解，铁的氧化物不溶解，故浸出渣B为Fe₂O₃（或Fe₃O₄），
故答案为：Fe₂O₃（或Fe₃O₄）；
（2）由信息②常温下物质的溶解度，可知H₂SO₄与NaVO₃反应生成难溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO₃产率，且使产生的HVO₃不纯．另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源．
故答案为：H₂SO₄与NaVO₃反应生成难溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO₃产率，且使产生的HVO₃不纯．另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源；
（3）操作①将固体与液体分离得到HVO₃，应过滤，并洗涤附着的杂质；
加入硫酸反应，偏铝酸钠与NaVO₃与硫酸反应都生成硫酸钠，偏铝酸根会转化为铝离子，不洗涤，产品中可能含有的金属阳离子是Na⁺、Al³⁺；
操作②是加热分解固体HVO₃生成V₂O₅，应在坩埚内进行，故选D，
故答案为：过滤；Na⁺、Al³⁺；D；
（4）五氧化二钒与NaOH溶液反应生成钒酸钠和水，不涉及氧化还原反应，说明五氧化二钒具有酸性氧化物的性质，氧化物应保留化学式，则该反应为：V₂O₅ +2OH^-=2VO₃^-+H₂O，
故答案为：V₂O₅ +2OH^-=2VO₃^-+H₂O；
（5）已知：①、2V₂O₅（l）+5Si（s）+5CaO（s）=4V（s）+5CaSiO₃（s）；△H₁=-2096.7kJ/mol
②、CaSiO₃（s）=CaO（s）+SiO₂（s）；△H₂=+92.5kJ/mol
根据盖斯定律，①+②×5得：2V₂O₅（l）+5Si（s）=4V（s）+5SiO₂（s）；故△H₃=-2096.7kJ/mol+92.5kJ/mol×5=-1634.2 kJ/mol，
故答案为：-1634.2 kJ/mol．

点评：本题考查化学工业流程、物质的分离提纯、反应热的计算等，难度中等、是对所学知识的综合运用，注意基础知识的理解掌握．