Question

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用．
（1）釩主要用來(lái)制造釩鋼．釩鋼具有很高的耐磨損性和抗撞擊性，原因是

 

（填序號(hào)）
A．釩在常溫下，化學(xué)活潑性較弱
B．釩鋼表面形成了致密且堅(jiān)固的氧化膜
C．釩鋼結(jié)構(gòu)緊密，具有較高的韌性、彈性和強(qiáng)度
（2）在溫度較低時(shí)，溶液中釩酸鹽會(huì)轉(zhuǎn)化為焦釩酸鹽：
2VO₄^3-+H₂O?V₂O₇^4-+2OH^-①
在溫度較高時(shí)，焦釩酸鹽又轉(zhuǎn)化為偏釩酸鹽：
V₂O₇^4-+H₂O?2VO₃^-+2OH^-②
反應(yīng)②平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

 

；
（3）已知某溫度下：4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H=-1551kJ?mol^-1
4V（s）+3O₂（g）=2V₂O₃（s）△H=-1219kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
寫(xiě)出H₂還原V₂O₅得到V₂O₃的熱化學(xué)方程式：

 

；
（4）用釩酸鈉（Na₃VO₄）溶液（含PO₄^3-、SiO₃^2-等雜質(zhì)離子）制備高純V₂O₅流程如下：
①加入鎂鹽，加熱攪拌，其中加熱的作用是

 

；
②在25℃時(shí)，K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=1.0×10^-26，若凈化后溶液中的Mg²⁺的平衡濃度為 1.0×10^-4 mol?L^-1，則溶液中c（P0₄^3-）=

 

；
③加入NH₄Cl，加熱攪拌，該步驟反應(yīng)的離子方程式為

 

；
④為測(cè)定產(chǎn)品純度，稱(chēng)取產(chǎn)品mg，溶解后定容在100mL容量瓶中，每次取5.00mL溶液于錐形瓶中，加入一定量的稀鹽酸和KI溶液，用a mol?L^-1Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶 液滴定，發(fā)生的反應(yīng)為：
V₂O₅+6HCl+2KI=2VOCl₂+2KCl+I₂+3H₂O
I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI
若三次滴定消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為bmL，則該產(chǎn)品的純度為

 

（用含m、a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)合金的性質(zhì)分析；
（2）根據(jù)反應(yīng)方程式和平衡常數(shù)的含義書(shū)寫(xiě)K的表達(dá)式；
（3）利用蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式計(jì)算；
（4）①根據(jù)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響分析；
②已知Mg²⁺的平衡濃度，根據(jù)K_sp[Mg₃（PO₄）₂]計(jì)算；
③根據(jù)流程可知NH₄⁺與VO₃^-結(jié)合生成NH₄VO₃沉淀；
④根據(jù)反應(yīng)方程式求出V₂O₅的物質(zhì)的量，然后求出其質(zhì)量，再求產(chǎn)品的純度．

解答：解：（1）根據(jù)合金的性質(zhì)可知，合金的硬度一般比其成分金屬的硬度大，釩與鐵形成釩鋼合金，釩鋼合金結(jié)構(gòu)緊密，具有較高的韌性、彈性和強(qiáng)度，
故答案為：C；
（2）已知反應(yīng)方程式V₂O₇^4-+H₂O?2VO₃^-+2OH^-，則平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=

[VO3-]2[OH-]2

[V2O74-]

，故答案為：

[VO3-]2[OH-]2

[V2O74-]

；
（3）已知某溫度下：①4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H=-1551kJ?mol^-1
②4V（s）+3O₂（g）=2V₂O₃（s）△H=-1219kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：

1

2

×②+③-

1

2

×①所得方程式為 V₂O₅（s）+2H₂（g）=V₂O₃（s）+2H₂O（l），則其△H=

1

2

（-1219）+（-571.6）-

1

2

（-1551）=-405.6kJ?mol^-1；
所以H₂還原V₂O₅得到V₂O₃的熱化學(xué)方程式為：V₂O₅（s）+2H₂（g）=V₂O₃（s）+2H₂O（l）△H=-405.6kJ?mol^-1；
故答案為：V₂O₅（s）+2H₂（g）=V₂O₃（s）+2H₂O（l）△H=-405.6kJ?mol^-1；
（4）①升高溫度能加快反應(yīng)速率，所以加熱的作用是提高生成沉淀的反應(yīng)速率；故答案為：提高生成沉淀的反應(yīng)速率；
②已知凈化后溶液中的Mg²⁺的平衡濃度為 1.0×10^-4 mol?L^-1，所以c（P0₄^3-）=

Ksp[Mg3(PO4)2] ( 1.0×10-4 )3

=1.0×10^-7mol?L^-1；故答案為：1.0×10^-7mol?L^-1；
③根據(jù)流程可知NH₄⁺與VO₃^-結(jié)合生成NH₄VO₃沉淀，所以其離子方程式為NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
故答案為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；
④已知反應(yīng)方程式為：V₂O₅+6HCl+2KI=2VOCl₂+2KCl+I₂+3H₂O
I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI，
設(shè)5.00mL溶液中V₂O₅的物質(zhì)的量為xmol，
    V₂O₅ ～I(xiàn)₂ ～2Na₂S₂O₃
     1mol                  2mol
     xmol                 a×b×10^-3mol  
則x=

1

2

ab×10^-3mol，所以100mL溶液中V₂O₅的物質(zhì)的量為

100

5

×

1

2

ab×10^-3mol=ab×10^-2mol，則其質(zhì)量為m=nM=ab×10^-2mol×182g/mol=1.82abg，
所以該產(chǎn)品的純度為

1.82ab

m

×100%=

182ab

m

%；
故答案為：

182ab

m

%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了合金的性質(zhì)、平衡常數(shù)、蓋斯定律的應(yīng)用、Ksp的有關(guān)計(jì)算、有關(guān)方程式的計(jì)算等，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，題目難度較大，側(cè)重于學(xué)生綜合能力的考查．