元素化合物综合题之钒和铬及其化合物

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

V2O5可通过加热分解偏钒酸铵或三氯氧化钒的水解而制得：

2NH4VO3 V2O5 + 2NH3 + H2O 2VOCl3 + 3H2O = V2O5 + 6HCl

在工业上用氯化焙烧法处理钒铅矿，提取五氧化二钒。

V2O5比TiO2具有较强的酸性和较强的氧化性，它主要显酸性，易溶于碱：

V2O5 + 6NaOH = 2Na3VO4 + 3H2O V2O5是较强的氧化剂：V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O （3）钒酸盐和多钒酸盐

钒酸盐有偏钒酸盐MVO3、正钒酸盐M3VO4和多钒酸盐（M4V2O7、M3V3O9）等。

例1.（2016课标Ⅲ）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：

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3 mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为______mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+ V4O124−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）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。【答案】（1）V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；SiO2；（2）0.5；（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）碱；（5）K＋；（6）2NH4VO3高温V2O5＋H2O＋2NH3↑。

（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钒酸铵（NH4VO3）“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式为2NH4VO3高温V2O5＋H2O＋2NH3↑。

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、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 + H2↑ 4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2H2O

铬在冷、浓HNO3中钝化。

（2）铬(III)的化合物

向Cr3+溶液中逐滴加入2 mol·dm–3 NaOH，则生成灰绿色Cr(OH)3沉淀。Cr(OH)3具有两性：

Cr(OH)3 + 3H+ = Cr3+ + 3H2O Cr(OH)3 +OH－= Cr(OH)-4(亮绿色)

（3）铬酸、铬酸盐和重铬酸盐

若向黄色CrO-2

4溶液中加酸，溶液变为橙色Cr2O-2

7

（重铬酸根）液；反之，向橙色

Cr

2

O-27溶液中加碱，又变为CrO-24黄色液：2 CrO-24(黄色) + 2H+Cr2O-27(橙色) + H2O K = 1.2×1014

H 2CrO 4是一个较强酸（1a K = 4.1，2a K = 3.2×10－

7），只存在于水溶液中。 氯化铬酰CrO 2Cl 2是血红色液体，遇水易分解：CrO 2Cl 2 + 2H 2O = H 2CrO 4 + 2HCl

常见的难溶铬酸盐有Ag 2CrO 4（砖红色）、PbCrO 4（黄色）、BaCrO 4（黄色）和SrCrO 4（黄色）等，它

们均溶于强酸生成M 2+ 和Cr 2O -27。

K 2Cr 2O 7是常用的强氧化剂，饱和K 2Cr 2O 7溶液和浓H 2SO 4混合液用作实验室的洗液。在碱性溶液中

将Cr(OH)-4 氧化为CrO -24，要比在酸性溶液将Cr

3+ 氧化为Cr 2O -27容易得多。而将Cr(VI)转化为Cr(III)，则常在酸性溶液中进行。

10．（2016北京）K 2Cr 2O 7溶液中存在平衡：Cr 2O 72-（橙色）+H 2O

2CrO 42-（黄色）+2H +。用K 2Cr 2O 7

溶液进行下列实验：

结合实验，下列说法不正确的是

A ．①中溶液橙色加深，③中溶液变黄

B ．②中Cr 2O 72-被

C 2H 5OH 还原

C ．对比②和④可知K 2Cr 2O 7酸性溶液氧化性强

D ．若向④中加入70%H 2SO 4溶液至过量，溶液变为橙色

【答案】D

例1.（2016课标Ⅰ）元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr 3+(蓝紫色)、Cr(OH)4−(绿色)、Cr 2O 72−(橙红色)、CrO 42−(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）Cr 3+与Al 3+的化学性质相似。在Cr 2(SO 4)3溶液中逐滴加入NaOH 溶液直至过量，可观察到的现

象是_____。

（2）CrO

42−和Cr 2O 72−在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为 1.0 mol L −1的Na 2CrO 4溶液中

c (Cr 2O 72−)随c (H +)的变化如图所示。