元素化合物综合题之钒和铬及其化合物

1、+2+2+4元素化合物综合题之钒和铬及其化合物一.钒及其化合物1、钒副族元素钒副族包括钒、铌、钽三种元素，按 v、nb、ta 顺序稳定性依次增强。2、钒及其化合物（1）钒金属钒容易呈钝态，因此在常温下活泼性较低。块状钒在常温下不与空气、水、苛性碱作用，也不与 非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶于强氧化性的酸（如硝酸和王水）中。在高温下，钒与大多数非 金属元素反应，并可与熔融苛性碱发生反应。（2）五氧化二钒v o 可通过加热分解偏钒酸铵或三氯氧化钒的水解而制得：2 52nh vo4 3v o + 2nh + h o 2vocl + 3h o = v o + 6hcl 2 5 3 2 3 2 2

2、 5在工业上用氯化焙烧法处理钒铅矿，提取五氧化二钒。v o 比 tio 具有较强的酸性和较强的氧化性，它主要显酸性，易溶于碱：2 5 2v o + 6naoh = 2na vo + 3h o v o 是较强的氧化剂：v o + 6hcl = 2vocl + cl + 3h o 2 5 3 4 2 2 5 2 5 2 2 2（3）钒酸盐和多钒酸盐钒酸盐有偏钒酸盐 mvo 、正钒酸盐 m vo 和多钒酸盐（m v o 、m v o ）等。3 3 4 4 2 7 3 3 9例 1.（2016 课标）以硅藻土为载体的五氧化二钒（v o ）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中2 5回收 v o 既避

3、免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：2 5物质v o2 5v o2 4k so2 4sio2fe o2 3al o2 3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：（1）“酸浸”时 v o 转化为 vo ，反应的离子方程式为_，同时 v o 转成 vo 。“废渣 1”2 5 2 2 4的主要成分是_。（2）“氧化”中欲使 3 mol 的 vo 变为 vo ，则需要氧化剂 kclo 至少为_mol。2 3（3）“中和”作用之一是使钒以 v o 形式存在于溶液中。“废渣 2”中含有_。4 12（4）“离子交换”和“洗

4、脱”可简单表示为：4roh+ v o4 124r v o +4oh （roh 为强碱性阴离 4 4 121 2+3+33+ 3+-2 -2 -2 -+2 -子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性（填“酸”、“碱”或“中”）。（5） “流出液”中阳离子最多的是_。（6） “沉钒”得到偏钒酸铵（nh vo ）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_。4 3【答案】（1）v o 2h =2vo h o；sio ；（2）0.5；（3）fe(oh) 、al(oh) ；（4）碱；（5）k ；（6）2 5 2 2 2 3 32nh vo4 3高温v o h o2nh 。 2 5 2 3（4）根据

5、方程式可知为了提高洗脱效率，反应应该向逆反应方向进行，因此淋洗液应该呈碱性。 （5）由于前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子。（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵（nh vo ）“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式4 3为 2nh vo4 3高温v o h o2nh 。 2 5 2 3二.铬及其化合物1、铬副族的基本性质周期系第 vib 族包括铬、钼、钨三个元素。它们的最高氧化态按 cr、mo、w 的顺序稳定性增强，而 低氧化态的稳定性则相反。2、铬及其化合物（1）铬铬比较活泼，能溶于稀 hcl、h so ，起初生成蓝色 cr2 4溶液，而后为空气所氧化成

6、绿色的 cr溶液：cr + 2hcl = crcl + h 4crcl + 4hcl + o = 4crcl + 2h o2 2 2 2 3 2铬在冷、浓 hno 中钝化。3（2）铬(iii)的化合物向 cr 溶液中逐滴加入 2 moldm naoh，则生成灰绿色 cr(oh) 沉淀。cr(oh) 具有两性：3 3cr(oh) + 3h = cr + 3h o cr(oh) +oh = cr(oh) (亮绿色)3 2 3 4（3）铬酸、铬酸盐和重铬酸盐若向黄色 cro 溶液中加酸，溶液变为橙色 cr o （重铬酸根）液；反之，向橙色4 2 7cr o 溶液中加碱，又变为 cro 2 72 -4

7、黄色液： 2 cro2 -4(黄色) + 2hcr o (橙色) + h o 2 7 2k =1.2101422+2 -2 -2 -2-2-+2-3+223+ 3+122+2h cro 是一个较强酸（ k = 4.1， k 2 4 a1a2= 3.2107），只存在于水溶液中。氯化铬酰 cro cl 是血红色液体，遇水易分解：cro cl + 2h o = h cro + 2hcl2 2 2 2 2 2 4常见的难溶铬酸盐有 ag cro （砖红色）、pbcro （黄色）、bacro （黄色）和 srcro （黄色）等，它2 4 4 4 4们均溶于强酸生成 m 和 cr o 。2 7k cr

8、o 是常用的强氧化剂，饱和 k cr o 溶液和浓 h so 混合液用作实验室的洗液。在碱性溶液中 2 2 7 2 2 7 2 4将 cr(oh)-4氧化为 cro ，要比在酸性溶液将 cr 43+氧化为 cr o 容易得多。而将 cr(vi)转化为 cr(iii)， 2 7则常在酸性溶液中进行。10（2016 北京）k cr o 溶液中存在平衡：cr o （橙色）+h o2 2 7 2 7 2溶液进行下列实验：2cro （黄色）+2h 。用 k cr o 4 2 2 7结合实验，下列说法不正确的是a 中溶液橙色加深，中溶液变黄b 中 cr o 被 c h oh 还原2 7 2 5c对比和可知

9、 k cr o 酸性溶液氧化性强2 2 7d若向中加入 70%h so 溶液至过量，溶液变为橙色2 4【答案】d例 1.（2016 课标）元素铬(cr)在溶液中主要以 cr (蓝紫色)、cr(oh) (绿色)、cr o (橙红色)、cro (黄4 2 7 4色)等形式存在，cr(oh) 为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：3（1）cr 与 al 的化学性质相似。在 cr (so ) 溶液中逐滴加入 naoh 溶液直至过量，可观察到的现2 4 3象是_。（2 ）cro 和 cr o 在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为 1.0 mol l 的 na cro 溶液中 4 2 7 2 4c(cr

10、 o )随 c(h )的变化如图所示。2 7322+25111+212103+242-2-142 7 2-5-33+23+ 3+-+2-42-2-+2 7 242-22 7 22 72-4+-7用离子方程式表示 na cro 溶液中的转化反应_。2 4由图可知，溶液酸性增大，cro 的平衡转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。根据4a 点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。升高温度，溶液中 cro 的平衡转化率减小，则该反应的 h_0(填“大于”“小于”或“等4于”)。（3）在化学分析中采用 k cro 为指示剂，以 agno 标准溶液滴定溶液中 cl ，利用 ag 与 cro 生2 4

11、 3 4成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。当溶液中 cl 恰好沉淀完全(浓度等于 1.010 moll )时，溶液中 c(ag ) 为 _ mol l ，此时溶液中 c(cro ) 等于 _ mol l 。 ( 已知4ag cro 、agcl 的 k 分别为 2.010 2 4 sp和 2.010)。（4）+6 价铬的化合物毒性较大，常用 nahso 将废液中的 cr o 还原成 cr ，该反应的离子方程式3 2 7为_ _。【答案】（1）蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液；（2）2cro+2hcr o +h o； 增大；1.010 ；小于；（3）2.010；51

12、0；（4）cr o 2 72+3hso3+5h =2cr+3so +4h o。4 2【解析】试题分析：（1）根据 cr 与 al 的化学性质相似，可知 cr(oh) 是两性氢氧化物，3能溶解在强碱 naoh 溶液中。向 cr (so ) 溶液中逐滴加入 naoh 溶液直至过量，首先发生反2 4 3应：cr3+3oh =cr(oh) ，产生 cr(oh) 灰蓝色固体，当碱过量时，又会发生反应：3 3cr(oh) +oh = cr(oh) ，可观察到沉淀消失，溶液变为绿色。故观察到的现象为蓝紫色溶液 3 4变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液；（2）随着 h 浓度的增大，cro

13、42-与溶液中的 h发生反应，反应转化为 cr o2 72-的离子反应式为：2cro +2hcr o +h o。根据化学平衡移动原理，溶液酸性增大，c(h )增大，化学平衡 2cro +2hcr o +h o 向正反应方向进行，导致 cro 的平衡转化率增大；根据图像可知，在 a4点时，c(cr o2-)=0.25 mol/l，由于开始时 c(cro42)=1.0 mol/l，根据 cr 元素守恒可知 a 点的溶液中 cro 的浓度 c(cro42)=0.5 mol/l；h 浓度为 1.010 mol/l；此时该转化反应的平衡425110-10+-11-5121122 +-5-3223+ 22

14、32+ 2+2+2+2+ 2+2+- +2+ +-常数为 k =c(cr o 2-) 0.252 7 =c 2 (cro 2 -) c2(h +) 0.52 (1.010 -7 ) 24=1.0 1014；由于升高温度，溶液中 cro42的平衡转化率减小，说明升高温度，化学平衡逆向移动，导致溶液中 cro 的平衡转化率减4小，根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，逆反应方向是吸热反应， 所以该反应的正反应是放热反应，故该反应的 h0；（3）当溶液中 cl 完全沉淀时，即 c(cl )=1.010 moll ，根据溶度积常数 k (agcl)=2.010 ，可得溶液中spc(a

15、g )=k (agcl)c(cl )=2.010 (1.010sp5moll )=2.010 moll ；则此时溶液中c(cro )=k (ag cro )/c (ag )=2.010 (2.010 moll )=510 moll ；（4） nahso 具 4 sp 2 4 3有还原性，cr o2 7具有氧化性，二者会发生氧化还原反应，根据已知条件，结合电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得二者反应的离子方程式为：cr o +3hso +5h2 7 3=2cr +3so +4h o。4 2例 2（2016 江苏）（14 分）铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。（1）

16、铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有 cr o 的酸性废水通过铁炭混合物，在微电2 7池正极上 cr o 2 72转化为 cr，其电极反应式为_。（2）在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中cu 和 pb 的去除率， 结果如图所示。当铁炭混合物中铁的质量分数为 0 时，也能去除水中少量的 cu和 pb，其原因是_。当铁炭混合物中铁的质量分数大于 50%时，随着铁的质量分数的增加，cu 和 pb 的去除率不 升反降，其主要原因是_。（3）纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。一定条件下，向 feso 溶液中滴加碱性 nabh 溶液，溶液中 bh4 44（b 元素的

17、化合价为+3）与 fe反应生成纳米铁粉、h 和 b(oh)2 4，其离子方程式为 。纳米铁粉与水中 no 反应的离子方程式为 4fe+no +10h =4fe +nh +3h o3 3 4 2研究发现，若 ph 偏低将会导致 no 的去除率下降，其原因是 。352+3+2+2+ 2+2+2+ -+2+ +2+-2+相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中 no 是 。-的速率有较大差异（见图），产生该差异的可能原因 3【答案】（1）cr o2 7+6e +14h=2cr +7h o （2）活性炭对 cu2和 pb2+有吸附作用铁的质量分数增加，铁炭混合物中微电池数目减少（3）2fe +bh4+4oh =2fe+ b(oh) +2h 纳米铁粉与 h 反应生成 h4 22cu 或 cu 催化纳米铁粉去除 no 的反应（或形成的 fecu 原电池增大纳米铁粉去除 no 的反应速率）3 3（3）一定条件下，向 feso 溶液中滴加碱性 nabh 溶液，溶液中 bh （b 元素的化合价为+3）与 fe4 4 4反应生成纳米铁粉、h 和 b(oh)