2020年高考专题训练-工艺流程题(七)

工艺流程题（七）

15．钒是一种熔点很高的金属，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性，有延展性、硬度大，

无磁性。广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工等领域。工业上常用钒炉渣（主要含

FeO?V2O3，还有少量SiO 2、P2O5等杂质）提取V2O 5的流程如图：

（1）焙烧的目的是将FeO?V2O3 转化为可溶性NaVO 3，其中铁元素全部转化为+3 价，写出该

反应的化学方程式___________________________________

（2）加MgSO 4溶液的步骤中，滤渣的主要成分是__________ （用化学式表示）。

（3）沉钒过程中的发生反应的离子方程式为________________ ，得到的固体物质往往需要洗

涤，写出实验室洗涤NH 4VO 3沉淀的操作方法______________ 。

（4）元素钒在溶液中还可以以V2＋（紫色）、V3＋（绿色）、VO2＋（蓝色）、VO2＋（黄色）等形式存在．某利用钒元素微粒间的反应来设计的可充电电池的工作原理如图示,已知溶液中还含有 1 mol

硫酸，请回答下列问题：

①充电时，左槽电极上发生的电极反应式为_________________

②放电过程中，右槽溶液颜色变化为_______________________ ，若此时外电路转移了

3.01 ×1022个电子，则左槽溶液中H＋的变化量Δn（H＋）＝_______ 。

【答案】4FeO?V2O5+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2 MgSiO3 Mg（3 PO4） 3 NH4＋+VO3

－=NH4VO3↓ 往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复2-3 次VO2＋+H2O-e=VO2＋

+2H 紫色变为绿色0.05mol

【解析】

【分析】

钒炉渣加入碳酸钠在空气中焙烧，生成NaVO3、氧化铁、硅酸钠、磷酸钠，水浸后得到滤渣

中含有氧化铁，滤液为NaVO3、硅酸钠、磷酸钠的水溶液，滤液中加入硫酸镁生成生成难溶的硅酸镁、磷酸镁沉淀，过滤后向溶液中再加入硫酸铵生成NH4VO3 沉淀，NH4VO3灼烧生成V2O5。

【详解】

根据以上分析，(1) FeO?V 2O3与碳酸钠、氧气在高温条件下反应生成NaVO3、Fe2O3、CO2，该

反应的化学方程式是4FeO?V2O5+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2。

(2) 加入MgSO4溶液生成硅酸镁、磷酸镁沉淀，所以滤渣的主要成分是MgSiO3、Mg3(PO4) 3。

(3) 沉钒过程中NaVO3与(NH4) 2SO4发生反应生成NH4VO3沉淀，反应的离子方程式为NH4＋+VO3－

=NH4VO3↓，实验室洗涤NH4VO3 沉淀的操作方法是：往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复2-

3 次；

(4) ①充电时，外接电源的正极与电池的正极相连，左槽电极为阳极，失电子发生氧化反应，钒元素化合价升高，发生的电极反应式为VO2＋+H2O-e- =VO2＋+2H＋；

②放电过程中，右槽是负极，负极失电子钒元素化合价升高，由V2＋变为V3 ＋，溶液颜色由

紫色变为绿色，放电时正极反应为VO2＋+2H＋+e-=VO2＋+H2O，若此时外电路转移了 3.01 ×10 22

个电子，通过电极反应消耗氢离子0.1mol ，同时0.05mol 氢离子由右槽进入左槽，则左槽溶液中H＋的变化量Δn(H＋) ＝0.1-0.05=0.05mol 。

【点睛】本题考查物质制备工艺流程，需要熟练掌握元素化合物性质；对工艺流程题目关键是理解整个过程，常涉及物质的分离提纯、原理的分析评价、陌生方程式书写等，侧重考查学生分析能力、知识迁移运用能力。

16．硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。用锌白矿( 主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、

CuO、SiO2等杂成) 制备ZnSO4 ·7H2O的流程如下。

相关金属离了生成氢氧化物沉淀的pH (开始沉淀的pH按金属离子浓度为 1.0mol ·L-1计算)

如下表：

(1) “滤渣1”的主要成分为_______ ( 填化学式)。“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的

措施有：适当提高酸的浓度、______________ (填一种)。

(2) “置换”过程中，加入适量的锌粉，除与溶液中的Fe3+，H+反应外，另一主要反应的化

学方程式为__________________________ 。

(3) “氧化”一步中，发生氧化还原反应的离子方程式为 ________________________ 。溶液

pH控制在[3.2 ，6.4) 之间的目的是________________________________ 。

(4) “母液”中含有的盐类物质有 ________ ( 填化学式) 。

(5) _________________________________________________________________________ ZnSO4 ·7H2O 可用于配制铁件上镀锌电镀池的电解液，下列说法不正确的是_____________________________

A．配制一定物质的量浓度ZnSO4 溶液时必需的玻璃仪器为容量瓶、烧杯、玻璃棒B．电镀池的阳极为铁件C．阴极质量增加65g 时，理论上导线中通过2mol 电子

D．电镀过程中电解质溶液的浓度不变

【答案】SiO2 粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等) Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4

3Fe2++MnO4-+7ZnO+9H+═3Fe(OH) 3↓+MnO2↓+7Zn2+使Fe3+沉淀完全，而Zn2+不沉淀MnO4-变

为MnO2 沉淀，避免引入杂质ZnSO4、K2SO4 AB

【解析】

【分析】

锌白矿(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂成) 加稀硫酸溶解，SiO2不溶，过滤，滤渣1为SiO2，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸铁，加入锌粉发生置换反应：

Zn+CuSO4═ Cu+ZnSO4、Zn+Fe2(SO4) 3═ 2FeSO4+ZnSO4 ，滤渣 2 为铜与过量的锌粉，滤液中再加高锰酸钾溶液、纯ZnO 与亚铁离子反应生成MnO 2和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO4·7H2O 晶体，以此解答该题。

【详解】

(1) 锌白矿加稀硫酸溶解，SiO2不溶，过滤，滤渣1为SiO2；“酸浸”过程中，提高锌元素浸出

率的措施有：适当提高酸的浓度、粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等)；

因此，本题正确答案是：SiO2；粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等)；

(2) “置换”过程中，加入适量的锌粉，发生置换反应：Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4、