金属钒熔点高、硬度大,具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性.工业常用钒炉渣(主要含FeO·V2O3,还有少量Al2O3、CuO等杂质)提取金属钒,流程如图:
已知:
I.钒有多种价态,其中+5价最稳定.钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在,存在平衡:VO2++H2O⇌VO3+2H+.
Ⅱ.部分离子的沉淀pH:
Cu2+ | Fe2+ | Fe3+ | |
开始沉淀PH | 5.2 | 7.6 | 2.7 |
完全沉淀PH | 6.4 | 9.6 | 3.7 |
回答下列问题
(1)碱浸步骤中最好选用______________(填字母)
a. NaOH溶液 b.氨水c.纯碱溶液
(2)焙烧的目的是将FeO·V2O3转化为可溶性NaVO3,其中铁元素全部转化为+3价的氧化物,写出该反应的化学方程式___________________________________
(3)溶液1到溶液2的过程中,调节pH至8有两个目的,一是除去________离子,二是促使_________.
(4)沉钒过程中得到NH4VO3沉淀需要洗涤,写出实验室洗涤的操作方法____________________.
(5)常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒,请写出反应的化学方程式____________________________.
(6)钒的化合物也有广泛的用途,如一种新型铝离子可充电电池的结构如图所示.
已知放电时电池反应为xAl+VO2=AlxVO2↓,则放电时正极的电极反应式为___________。
【答案】a 4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O28NaVO3+2Fe2O3+4CO2 Fe3+、Cu2+ VO2+转化为VO3- 洗涤时应往漏斗加水至浸没沉淀,让水自然流下,重复23次 10Al+3V2O55Al2O3+6V VO2+xAl3++3xe-=AlxVO2
【解析】赤泥主要含有FeO·V2O3、Al2O3、CuO,进行碱浸,氧化铝溶解形成偏铝酸盐,过滤后滤液1含有偏铝酸盐,通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀,经过加热分解可得到氧化铝,滤渣1经过空气中焙烧,再用足量的硫酸溶解,溶液1中含有铜离子、铁离子,调节pH值到8,铜离子、铁离子沉淀完全,过滤得滤渣2应为氢氧化铜和氢氧化铁,同时由于溶液中存在平衡VO2++H2O⇌VO3-+2H+,酸过量会抑制的生成NH4VO3,所以要调节溶液的pH值,过滤得溶液2中主要含钒元素以VO2+和VO3-的形式存在,再加入硫酸铵转化为NH4VO3, NH4VO3焙烧得到V2O5,V2O5,发生铝热反应得到V。
(1)根据上面的分析可知,碱浸要使氧化铝溶解,所以只能用强碱,故选a。本小题答案为:a。
(2)焙烧的目的是将FeO·V2O3转化为可溶性NaVO3,其中铁元素全部转化为+3价的氧化物,根据此信息可知方程式为4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O28NaVO3+2Fe2O3+4CO2。本小题答案为:4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O28NaVO3+2Fe2O3+4CO2。
(3)溶液1到溶液2的过程中,调节pH至8一是能使铜离子、铁离子沉淀完全,二是由于溶液中存在平衡VO2++H2O⇌VO3-+2H+,酸过量会抑制的生成NH4VO3。本小题答案为:Fe3+、Cu2+;VO2+转化为VO3-。
(4)沉钒过程中得到NH4VO3沉淀需要洗涤,洗涤时应往漏斗加水至浸没沉淀,让水自然流下,重复23次。本小题答案为:洗涤时应往漏斗加水至浸没沉淀,让水自然流下,重复23次。
(5)铝热反应由V2O5冶炼金属钒的化学方程式为10Al+3V2O55Al2O3+6V。本小题答案为:10Al+3V2O55Al2O3+6V。
(6)该电池的负极为铝,失电子发生氧化反应,电极反应式为Al-3e-=Al3+。电池的总反应为xAl+VO2=AlxVO2↓,则正极反应为总反应减去负极反应,正极电极反应式为VO2+xAl3++3xe-=AlxVO2。本小题答案为:VO2+xAl3++3xe-=AlxVO2。
镁:
化学式Mg,它是一种银白色的轻质碱土金属,化学性质活泼,能与酸反应生成氢气,具有一定的延展性和热消散性。镁元素在自然界广泛分布,是人体的必需元素之一,原子结构示意图:。
氧化镁:
化学式MgO是镁的氧化物,一种离子化合物。常温下为一种白色固体。氧化镁以方镁石形式存在于自然界中,是冶镁的原料。
氢氧化镁:
化学式Mg(OH)2,式量58.32。白色无定形粉末。难溶于水,易溶于稀酸和铵盐溶液。饱和水溶液的浓度为1.9毫克/升(18℃),呈碱性。加热到350℃失去水生成氧化镁。用做分析试剂,还用于制药工业。氧化镁跟水反应可得氢氧化镁。
镁及其化合物的物理性质和化学性质:
物理性质 | 化学性质 | |
Mg | 银白色固体,密度1.738g﹒cm3-,熔点645℃,沸点1090℃,导电导热性较好,延展性较好 | ①镁和铝两元素的原子最外层分别有2个和3个电子。在参加化学反应时,容易失去最外层电子成为阳离子,表现还原性。 Mg-2e-==Mg2+ ②镁与非金属反应 O2+2Mg2MgO Cl2+MgMgCl2 S+MgMgS 3Mg+N2Mg3N2 说明在常温下,镁能与空气里的氧气发生反应,生成一层致密的氧化物薄膜,从而使金属失去光泽。由于这层氧化物薄膜能阻止金属的继续氧化,所以镁有抗腐蚀性。 ③镁与酸反应 2HCl+Mg==MgCl2+H2↑ 2H++Mg==Mg2++H2↑ 镁跟硝酸、浓硫酸反应时,硝酸中的氮元素、硫酸中的硫元素被还原,不生成氢气。 ④镁跟某些氧化物反应 2Mg+CO2C+2MgO ⑤镁跟水反应 Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ 说明:镁跟冷水反应非常缓慢. |
MgO | 白色固体,离子化合物,熔点为3073K,硬度(莫氏)为6.5,难溶于水的固体,熔点很高,是很好的耐火材料 | 典型的碱性氧化物,不能与水反应 |
Mg(OH)2 | 白色难溶于水的固体,其水溶液中c(OH-)很小,可以使酚酞溶液变成浅红色 Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq) |
①可与酸反应生成盐和水,如Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O ②热稳定性差,受热容易分解 Mg(OH)2MgO+H2O |
工业制备镁:
电解熔融状态的氯化镁制取镁
阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑
阴极反应:Mg2++2e-==Mg
总反应:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
Mg2++2Cl-==Mg+Cl2↑
说明氧化镁比氯化镁熔点高,为了降低能耗,工业电解制取镁采用的原料是氯化镁而不是氧化镁。
氧化镁的应用:
氧化镁可用于染料,油漆,玻璃,化学试剂,医药,食品添加剂等方面,工业上利用MgO熔点高的特点,制造耐火材料。
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