元素化合物综合题之钒和铬及其化合物

1、元素化合物综合题之机和铭及其化合物一.钢及其化合物1、钮副族元素钮副族包括钮、铝、锂三种元素，按V、Nb、Ta顺序稳定性依次增强。2、钮及其化合物(1)引金属钮容易呈钝态，因此在常温下活泼性较低。块状钮在常温下不与空气、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，钮与大多数非金属元素反应，并可与熔融苛性碱发生反应。(2)五氧化二钮V2O5可通过加热分解偏钮酸钱或三氯氧化锂的水解而制得：2NH4VO3V2O5+2NH3+H2O2VOC13+3H2O=V2O5+6HC1在工业上用氯化焙烧法处理钮铅矿，提取五氧化二钮。V2O5比TiO2具有较

2、强的酸性和较强的氧化性，它主要显酸性，易溶于碱：V2O5+6NaOH=2Na3VO4+3H2OV2O5是较强的氧化剂：V2O5+6HC1=2VOC12+Cl2+3H2O(3)钮酸盐和多钮酸盐钮酸盐有偏钮酸盐MVO3、正钮酸盐M3VO4和多钮酸盐(M4V2O7、M3V3O9)等。例1.(2016课标出)以硅藻土为载体的五氧化二锐(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。从废钮催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钮催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质里分数/%2.22.92.83.12228606512<1以下是一种废锐催化剂回收

3、工艺路线:回答下列问题：(1)酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为,同时V2O4转成VO2+。废渣1的主要成分是。(2)氧化"中欲使3mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为mol。(3)中和”作用之一是使钮以V4O124-形式存在于溶液中。废渣2”中含有。一子故一(4)离子交换”和洗脱”可简单表示为：4ROH+V4O124-版R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。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)沉钮”得到偏钮酸钱(NH4VO3)沉淀，写出搬烧”中发生反应的化学

4、方程式。【答案】(1)V2O5+2H+=2VO2+H2O;SiO2；(2)0.5;(3)Fe(OH)3、Al(OH)3；(4)碱；(5)K+;(6)高温2NH4VO3V2O5+”O+2NH3T。1解析】噬浸时vq4专化为voz,v元素化合价不郁说明不是氧化还原反应，根据原子守恒可知反应的离子方程式为丫3。5+组+=2¥6-+氏6二氧化硅与酸不反应，则“废渣V的主要成分是二氧化睢。(2)南化呻欲使3moi的VO2+变为VOj%V元素化合价从+4价升高到十5价，而氧化剂KC1O,中氯元素化合价从+5价降低到-1价,则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为3mol-r6=0r5moU(

5、3)“中和”作用之一是使钿以W。1产形式存在于溶液中，同时生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，则“废渣2K中含有A1(OH)(4)根据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锂酸钱(NH4V。3)煨烧”生成七氧化二钮、氨气和水，发生反应的化学方程式高温为2NH4VO3=V2O5+H2O+2NH3%二.铭及其化合物1、铭副族的基本性质周期系第MB族包括铭、铝、鸨三个元素。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、铭及其化合物(1)铭铭比

6、较活泼，能溶于稀HCl、H2SO4,起初生成蓝色Cr2+溶液，而后为空气所氧化成绿色的Cr3+溶液：Cr+2HCl=CrCl2+H2T4CrCl2+4HCl+O2=4CrCl3+2H2O铭在冷、浓HNO3中钝化。(2)铭(III)的化合物向Cr3+溶液中逐滴加入2moldm$NaOH,则生成灰绿色Cr(OH)3沉淀。Cr(OH)3具有两性：Cr(OH)3+3H+=Cr3+3H2OCr(OH)3+OH=Cr(OH)I(亮绿色)(3)铭酸、铭酸盐和重铭酸盐若向黄色CrO2一溶液中加酸，溶液变为橙色Cr2O2一(重铭酸根)液；反之，向橙色Cr2O7液中加碱，又变为CrO4一黄色?25。2一(黄色)+

7、2H+=Cr2O7一(橙色)+H2OK=141.210H2CrO4是一个较强酸（Ka1=4.1,Ka2=3.210）,只存在于水溶液中。氯化铭酰CrO2cl2是血红色液体，遇水易分解：CrO2cl2+2H2O=H2CQ4+2HCl常见的难溶铭酸盐有Ag2CrO4（醇红色）、PbCrO4（黄色）、BaCrO4（黄色）和SrCrO4（黄色）等，它们均溶于强酸生成m2+和c2。2-K2Cr2O7是常用的强氧化剂，饱和K2Cr2O7溶液和浓H2SO4混合液用作实验室的洗液。在碱性溶液中将Cr（OH）“氧化为CrO2一,要比在酸T液将Cr3+氧化为Cr?。；一容易得多。而将Cr（VI）转化为Cr（III

8、）,则常在酸性溶液中进行。10.（2016北京）K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2O72-（橙色）+H2O=2CrO42-（黄色）+2H+。用KzCrzO?溶液进行下列实验:.分成两份K：CqO-溶液酒加30%NaO小容械一三百一HT百一一£1g（榕液变成绿色）滴加C2H50H，啦冰丁日修、三（溶疲不变色）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Cr2O72-被C2H50H还原C.对比和可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强D.若向中加入70%H2SO4溶液至过重，溶液变为橙色【答案】D【解析】A、在平衡体系中加入酸，平衡逆向移动,重铭勒艮离子浓度增大橙色加深加

9、入碱，平衡正向移动，溶液变黄，人正确；凤中重铸幼用氧化乙醉，重铭酸钾被还原，乙醇被氧化，B正确,C、是酸性条件，是碱性条件，酸性条件下氧化乙醇，而碱性条件不能，说明酸性条件下氧化性强,C正确，D、若向溶液中加入7懿的硫酸到过量.溶液为酸性，重馅酸根离子浓度增大，可以氧化乙雷,溶液变绿色,D错误。答案选D。例1.（2016课标I）元素铭（Cr）在溶液中主要以Cr3+（蓝紫色）、Cr（OH）4（绿色）、Cr2O72-（橙红色）、CrO42-（黄色）等形式存在，Cr（OH）3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：（1） Cr3+与Al3+的化学性质相似。在Cr2（SO4）3溶液中逐滴加入NaOH溶液

10、直至过量，可观察到的现象是O（2） CrO42-和Cr2O72-在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0molL.L_1的Na2CrO4溶液中c（Cr2O72-）随c（H+）的变化如图所示。I局情同鬲IBIM疑髭崩同GI庭,肃!商匕福福国置后1 iiiiisnniiwEflVBninruirviiisffnaen同司修用离子方程式表布Na2CrO4溶液中的转化反应(填蹭大"减小“或不变”J根据由图可知，溶液酸性增大，CrO42-的平衡转化率A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为。升高温度，溶液中CrO42-的平衡转化率减小，则该反应的小0(填大于“小于”或等于“J(3)在化学分析

11、中采用K2CrO4为指示剂，以AgNOa标准溶液滴定溶液中Cl-,利用Ag+与CrO42-生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。当溶液中Cl-恰好沉淀完全(浓度等于1.0M0-5molL-1)时，溶液中c(Ag+)为molLL-1,此时溶液中c(CrO42-)等于molL-1。(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0X0-12和2.0X0-10)。(4) +6价铭的化合物毒性较大，常用NaHSOa将废液中的C2O72-还原成Cr3+,该反应的离子方程式为。【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；2CrO42+2H+=Cr2O72+H2O;增大；1

12、.0M014;小于；(3)2.0M0-5;5X10-3;(4)Cr2O72-+3HSOa-+5H=2Cr3+3SO42-+4H2O0【解析】试题分析：(1)根据C产与A产的化学性质相似，可知Cr(OH)3是两性氢氧化物，能溶解在强碱NaOH溶液中。向Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，首先发生反应：Cr3+3OH-=Cr(OH)3产生Cr(OH)3灰蓝色固体，当碱过量时，又会发生反应：Cr(OH)3+OH-=Cr(OH)4-,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，CrO42

13、-与溶液中的H+发生反应，反应转化为Cr2O72-的离子反应式为：2CrO42-+2H+BCr2O72-+H2O。根据化学平衡移动原理，溶液酸性增大，c(H+)增大，化学平衡2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O向正反应方向进行，导致CrO42-的平衡转化率增大；根据图像可知，在A点时，c(Cr2O72-)=0.25mol/L,由于开始时c(CrO42-)=1.0mol/L,根据Cr元素守恒可知A点的溶液中CrO42-的浓度c(CrO42-)=0.5mol/L；H+浓度为1.0汉0-7mol/L；此时该转化反应的平衡常数为K二2/血2。_0.25c2(CrO43c2(H)=0.52(1.

14、010-)2_14=1.01014；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CrO42-的平衡转化率减小，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AH<0;(3)当溶液中Cl-完全沉淀时，即c(Cl-)=1.010-5molL-1,根据溶度积常数Ksp(AgCl)=2.0W10,可得溶液中c(Ag+)=Ksp(AgCl)c(Cl-)=2.010-101.010-5molL-1)=2.010-5molL-1;则此时溶液中c(CrO42-)=Ksp(Ag2CrO4)

15、/c2(Ag+)=2.010-12犬2.010-5molL-1)=5X0-3molL-1;(4)NaHSO3具有还原性，Cr2O72-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：Cr2O72-+3HSO3-+5H+_32_=2Cr3+3SO42+4H2O。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)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O72的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72转化为Cr",其电极反应式为。(2)在相同条件下，测

16、量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除率,00,200,400,60080L00铁舆混合物中铁的顺量分数结果如图所示。觎)6040200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Cu2+和Pb2+,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，Cu2+和Pb2+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FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中BH4(B元素的化合价为+3)与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH)4一,其离子方程式为。纳米铁粉与水中NO3-反应的离子方程

17、式为4Fe+NO3+10H+=4Fe2+NH4+3H2O研究发现，若pH偏低将会导致NO3-的去除率下降，其原因是。相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3-的速率有较大差异(见图)，产生该差异的可能原因015202530反庖时间minI舍独睢13K的水样H含5口味TOmgLKW+的水样04)00054321一1TM.E-甘遂音SON【答案】(1)Cr2O72+6e+14H+=2Cr3+7H2O(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)CD2Fe2+BH4+4OH=2Fe+B(OH)4+2H2T纳米铁粉与H+反应生成电Cu或Cu2+催化纳米铁粉

18、去除NO3的反应(或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3的反应速率)【解析】(1)混合物在水溶涌中可形成许多微电池。将含有口心/一的酸性废水通过铁质混合物，在微电池正极上心；5口-获得电子,被还序产生CT%则正极上发生的电极反应式为0?0一+14中一2Cr3+7H?O3(2)当铁弟昆合物中铁的质量分数为。时？也能去除水中少量的原因是活性炭是疏松多孔的物质，表面积大，吸附力强，可以吸附水中少量的Cu2坏OPV,从而可以降低水中0?呼口？“十的浓度J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，铁炭混合物中微电池数目减少，因此Cu力口P中的去除率不升反降(3)一定条件下，向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液，溶液中