Question

6．钨是我国丰产元素，是熔点最高的金属，广泛用于拉制灯泡的灯丝，钨在自然界主要以钨（VI） 酸盐的形式存在．有开采价值的钨矿石之一白钨矿的主要成分是CaWO₄，含有二氧化硅、氧化铁等杂质，工业冶炼钨流程如下：

已知：
①钨酸酸性很弱，难溶于水
②完全沉淀离子的pH值：${SiO}_{3}^{2-}$为8，${WO}_{4}^{2-}$为5
③碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨
（1）₇₄W在周期表的位置是第六周期．
（2）CaWO₄与纯碱发生的化学反应方程式是CaWO₄+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂WO₄+CaO+CO₂↑．
（3）滤渣B的主要成分是（写化学式）H₂SiO₃．调节pH可选用的试剂是：C（填写字母序号）．
A．氨水 B．氢氧化钠溶液 C．盐酸 D．碳酸钠溶液
（4）母液中加入盐酸的离子方程式为WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓．检验沉淀C是否洗涤干净的操作是取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO₃溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗净．
（5）为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨，不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是碳或氢气都可置换出钨，但碳为固体，难以分离，且碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨．
（6）将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中可得到钨酸钙，已知温度为T时K_sp（CaWO₄）=1×10^-10，K_sp[Ca（OH）₂]=4×10^-7，当溶液中${WO}_{4}^{2-}$恰好沉淀完全 （离子浓度等于10^-5mol/L）时，溶液中$\frac{{c（WO}_{4}^{2-}）}{{c（OH}^{-}）}$=5×10^-5．

Answer 1

分析 白钨矿的主要成分是CaWO₄，含有二氧化硅、氧化铁等杂质，白钨矿与碳酸钠在1000℃温度下反应，二氧化硅与碳酸钠会反应生成硅酸钠，氧化铁不反应，得到的混合物用水浸取，过滤后的滤液经过系列操作得到WO₃，说明碳酸钠与CaWO₄反应生成Na₂WO₄，则滤渣A为氧化铁等，滤液中含有Na₂SiO₃、Na₂WO₄，再调节pH在5～8之间，使硅酸根转化为H₂SiO₃沉淀过滤除去，母液中含有Na₂WO₄，再加入盐酸得到沉淀C为H₂WO₄，灼烧产生三氧化钨和水，再还原得到钨．
（1）根据核外电子数及电子排布规律分析；
（2）CaWO₄与纯碱反应生成Na₂WO₄、CaO与二氧化碳；
（3）滤渣B为硅酸，调节溶液pH使硅酸根转化为H₂SiO₃沉淀过滤除去，应加入酸；
（4）母液中Na₂WO₄与盐酸得到H₂WO₄沉淀与氯化钠；检验沉淀C的表面会附着NaCl，用硝酸银溶液检验最后一次洗涤液中是否含有氯离子判断；
（5）碳或氢气都可置换出钨，但碳为固体，难以分离，且碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨；
（6）根据K_sp（CaWO₄）=c（Ca²⁺）×c（WO₄^-）计算c（Ca²⁺），再根据K_sp[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×c²（OH^-）计算c（OH^-），进而计算溶液中$\frac{{c（WO}_{4}^{2-}）}{{c（OH}^{-}）}$．

解答 解：白钨矿的主要成分是CaWO₄，含有二氧化硅、氧化铁等杂质，白钨矿与碳酸钠在1000℃温度下反应，二氧化硅与碳酸钠会反应生成硅酸钠，氧化铁不反应，得到的混合物用水浸取，过滤后的滤液经过系列操作得到WO₃，说明碳酸钠与CaWO₄反应生成Na₂WO₄，则滤渣A为氧化铁等，滤液中含有Na₂SiO₃、Na₂WO₄，再调节pH在5～8之间，使硅酸根转化为H₂SiO₃沉淀过滤除去，母液中含有Na₂WO₄，再加入盐酸得到沉淀C为H₂WO₄，灼烧产生三氧化钨和水，再还原得到钨．
（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；
故答案为：六；
（2）CaWO₄与纯碱反应生成Na₂WO₄、CaO与二氧化碳，反应方程式为：CaWO₄+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂WO₄+CaO+CO₂↑，
故答案为：CaWO₄+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂WO₄+CaO+CO₂↑；
（3）滤渣B的主要成分为H₂SiO₃，调节溶液pH使硅酸根转化为H₂SiO₃沉淀过滤除去，应加入盐酸，
故答案为：H₂SiO₃；C；
（4）母液中Na₂WO₄与盐酸得到H₂WO₄沉淀与氯化钠，反应离子方程式为：WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；检验沉淀C是否洗涤干净的操作是：取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO₃溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗净，
故答案为：WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO₃溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗净；
（5）如果用碳做还原剂，混杂在金属中的碳不易除去，而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨，不容易获得纯的金属钨，用氢气作还原剂可避免产生以上问题，
故答案为：碳或氢气都可置换出钨，但碳为固体，难以分离，且碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨；
（6）当溶液中WO₄^2-恰好沉淀完全，其离子浓度等于10^-5mol/L，根据K_sp（CaWO₄）=c（Ca²⁺）×c（WO₄^-）=1×10^-10，则溶液中c（Ca²⁺）=1×10^-5mol/L，再根据K_sp[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×c²（OH^-）=4×10^-7，可知c（OH^-）=0.2mol/L，则溶液中$\frac{{c（WO}_{4}^{2-}）}{{c（OH}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-5}}{0.2}$=5×10^-5，
故答案为：5×10^-5．

点评 本题属于化学工艺流程题目，涉及物质的分离提纯、对原理的分析评价、实验基本操作、溶度积有关计算等，关键是对工艺流程的理解，是对学生综合能力的考查，难度中等．