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专题23材料信息应用专练1．五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。可从含钒石煤灰渣中提钒，该试验工艺流程如下图：表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2O3MgOK2OCaO烧失量1.2655.716.347.541.263.191.4120.55表2中间盐主要成分分析/%（以氧化物形式表示其含量）V2O3Al2O3Fe2O3MgOK2O5.921.7018.632.113.38已知：①石煤灰渣的化学成分分析见表1，中间盐的主要成分分析见表2。②矿物焙烧过程中，若温度过高，易发生烧结，温度越高，烧结现象越严重。③萃取反应可以表示为：VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+，(o)表示有机相④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V02+要强。请回答：（1）经几级萃取后，有时候要适当加酸调整pH值，结合萃取反应方程式，说明原因_____________。反萃取操作应加入_____________试剂。（2）中间盐溶解过程中，加铁粉的主要目的是_____________________。（3）石煤中的钒以V(Ⅲ)为主，有部分V(Ⅳ)，很少见V(Ⅴ)。如图1和如图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响，由如图2可得最佳焙烧时间为______________h，由如图1可得最佳焙烧温度为800-850℃之间，焙烧温度在850℃以下时，钒浸出率随焙烧温度的上升几乎直线上升的原因是_________________________，当焙烧温度高超过850℃以后，再提高温度，浸出率反而下降的可能原因是：_________________________。【答案】随着萃取过程的进行，水相中的pH值有所下降，所以经几级萃取后需要调整pH值H2SO4溶液将VO2+还原为VO2+1.5-2.0之间850℃以前，随着焙烧温度的升高，反应速率加快，生成的高价钒化合物更多，因此浸出率上升。850℃以后，样品发生烧结，温度越高，烧结现象越严重，从而使钒的浸出率下降。【解析】（1）萃取反应根据VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+可知，随着萃取过程的进行，水相中的氢离子浓度不断增大，pH值有所下降，所以经几级萃取后需要调整pH值，反萃取时，可加入适量硫酸溶液，使平衡向逆向移动，达到反萃取的目的，故答案为：随着萃取过程的进行，水相中的pH值有所下降，所以经几级萃取后需要调整pH值H2SO4溶液；（2）由已知信息④可知，有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取VO2+要强，所以在中间盐溶液过程中，加入还原剂铁粉，可将VO2+还原为VO2+，提高原料利用率，便于后续萃取操作，故答案为：将VO2+还原为VO2+；（3）图2可得浸出率随着焙烧时间呈增大趋势，其最佳焙烧时间在1.5-2.0h之间均可；浸出率随温度的变化曲线如图1，其原因是，850℃以前，随着焙烧温度的升高，反应速率加快，生成的高价钒化合物更多，因此浸出率上升；850℃以后，样品发生烧结，温度越高，烧结现象越严重，从而使钒的浸出率下降，故答案为：1.5-2.0之间；850℃以前，随着焙烧温度的升高，反应速率加快，生成的高价钒化合物更多，因此浸出率上升；850℃以后，样品发生烧结，温度越高，烧结现象越严重，从而使钒的浸出率下降。2．2018年第十二届中国国际航空航天博览会于11月6日至11日在珠海举行。银铜合金广泛用于航空工业，从银铜合金的切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃。（1）煮沸CuSO4混合溶液的过程中，得到固体B，则固体B的组成为______；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为___________。（2）硫酸铜溶液可用于浸取硫铁矿中的铁元素，浸取时发生复杂的氧化还原反应。反应体系中除CuSO4和FeS2外，还有H2SO4、Cu2S、FeSO4和H2O，下列对该反应的分析正确的是______(填字母代号)。A．氧化剂为CuSO4和FeS2B．反应后溶液的pH降低C．被氧化的FeS2只占总量的30%D．每转移2mol电子消耗3molCuSO4【答案】Al（OH）3和CuOAl（OH）3+OH-=AlO2-+2H2OABC【解析】（1）未煮沸CuSO4混合溶液之前是，加入硫酸铝溶液和氢氧化钠溶液得到Cu（OH）2沉淀和Al（OH）3沉淀的化合物，由信息可知Al（OH）3和Cu（OH）2开始分解的温度分别为450℃和80℃，则煮沸后Cu（OH）2分解产生氧化铜，可知固体B的组成为Al（OH）3和CuO；氢氧化铝是两性氢氧化物，能与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，反应的化学方程式为：Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，故答案为：Al（OH）3和CuO；Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；(2)由反应体系中元素化合价的变化可知，反应物为CuSO4、FeS2和H2O，生成物为Cu2S、FeSO4和H2SO4，反应的化学方程式为14CuSO4+5FeS2+12H2O═7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4。A、反应中，Cu元素的化合价由+2降低为+1，部分S元素的化合价由-1降低到-2，部分S元素的化合价由-1升高到+6价，则Cu2S只是还原产物，FeS2既是作氧化剂，又做还原剂，故正确；B、由反应的化学方程式为14CuSO4+5FeS2+12H2O═7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4可知，反应中有硫酸生成，反应后溶液的pH降低，故正确；C、由反应的化学方程式可知，10个S原子中，有3个S原子失去电子，7个S原子得到电子，即被氧化的硫与被还原的硫的物质的量比为3:7，则被氧化的FeS2只占总量的30%，故正确；D、由反应的化学方程式可知，14mol硫酸铜氧化1molFeS2，4molFeS2中有3.5mol是氧化剂，0.5mol是还原剂，反应中转移21mol电子，则转移2mol电子消耗molCuSO4，故错误；ABC正确，故答案为：ABC。3．工业上生产高氯酸时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)，其工艺流程如下：已知：①NaHSO4溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出。②高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸，沸点90℃。请回答下列问题：（1）反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为，冷却的目的是，能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是___________________。【答案】（1）3NaClO3+3H2SO4＝HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O；降低NaHSO4的溶解度，使NaHSO4结晶析出；HClO4沸点低【解析】试题分析：（1）根据题给化学工艺流程分析反应器Ⅰ中NaClO3和浓H2SO4发生反应生成HClO4、ClO2、NaHSO4和H2O，化学方程式为3NaClO3+3H2SO4＝HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O；冷却的目的是：降低NaHSO4的溶解度，使NaHSO4结晶析出；能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是高氯酸的沸点低。4．亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是电解法生产亚氯酸钠的工艺流程图：已知：纯的ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全。（1）写出无隔膜电解槽内发生反应的总化学方程式__________。（2）写出二氧化氯发生器中生成ClO2的化学方程式__________，通入空气的目的是__________。【答案】（1）NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑；（2）2NaClO3+SO2=Na2SO4+2ClO2；稀释ClO2，防止ClO2爆炸【解析】试题分析：（1）根据图示，无隔膜电解氯化钠溶液的总化学方程式为NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑，故答案为：NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑；（2）二氧化氯发生器中，氯酸钠与二氧化硫发生氧化还原反应生成ClO2，反应的化学方程式为2NaClO3+SO2=Na2SO4+2ClO2；由于纯的ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全，因此通入空气可以稀释ClO2，防止ClO2爆炸，故答案为：2NaClO3+SO2=Na2SO4+2ClO2；稀释ClO2，防止ClO2爆炸。5．铍铜是力化学综合性能良好的合金，广泛应用于制造高级弹性元件。以下是从某废旧铍铜元件(含BeO25%、CuS71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的流程。已知：I．铍、铝元素处于周期表中的对角线位置，化学性质相似Ⅱ．常温下：Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10(1)滤液A的主要成分除NaOH外，还有______________(填化学式)，写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式____________________________。(2)溶液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择合理步骤并排序___________。a．加入过量的NaOHb．通入过量的CO2c．加入过量的氨水d．加入适量的HCle．过滤f．洗涤【答案】Na2SiO3、Na2BeO2BeO22-+4H+=Be2++2H2Ocefd【解析】（1）根据流程图以及废旧铍铜元件含有成分，铍与铝的性质形似，SiO2为酸性氧化物，因此滤液A中含有的是NaOH、Na2BeO2、Na2SiO3；反应I中含铍的化合物是Na2BeO2，Be、Al元素化学性质相似，即Na2BeO2与过量盐酸反应的离子方程式为BeO22－＋4H＋=Be2＋＋2H2O；（2）提纯BeCl2，应先将BeCl2转化成沉淀，Be、Al元素的化学性质相似，即Be(OH)2为两性氢氧化物，能与过量的NaOH溶液反应，不与氨水反应，即先加过量氨水，然后过滤，对沉淀进行洗涤，再加入适量的盐酸，得到BeCl2，因此顺序是cefd。6．高铁酸钾(K2FeO4)是一种集强氧化性、吸附、絮凝于一体的新型多功能处理剂，其生产工艺如图所示：已知K2FeO4具有下列性质：①可溶于水、微溶于浓KOH溶液②在0～5℃、强碱性溶液中比较稳定③在Fe3＋和Fe(OH)3催化作用下发生分解④在酸性至碱性条件下，能与水反应生成Fe(OH)3和O2请完成下列填空：(1)已知Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，生产KClO应在温度___________的情况下进行(填“较高”或“较低”)。(2)在“反应液Ⅰ”中加KOH固体的目的是___________。A．为下一步反应提供反应物B．与“反应液Ⅰ”中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClOC．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率D．使副产物KClO3转化为KCl(3)制备K2FeO4时，须将90%的Fe(NO3)3溶液缓慢滴加到碱性的KClO浓溶液中，并且不断搅拌。采用这种混合方式的原因是_______________________(答出1条即可)。【答案】较低AB减少K2FeO4在过量Fe3+作用下的分解(或K2FeO4在低温、强碱性溶液中比较稳定)【解析】足量Cl2通入和KOH溶液中，温度低时发生反应Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，向溶液I中加入KOH，使氯气完全反应，且将溶液转化为碱性溶液，只有碱性条件下ClO-离子才能和Fe3+发生氧化还原反应生成FeO42-，除去KCl得到碱性的KClO浓溶液，向碱性的KClO浓溶液中加入90%的Fe(NO3)3溶液，根据电子得失守恒可知发生反应方程式为：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K2FeO4