元素化合物综合题之钒和铬及其化合物

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1、+2+2+4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V O 可通过加热分解偏钒酸铵或三氯氧化钒的水解而制得：2 52NH VO4 3V O + 2NH + H O 2VOCl + 3H O = V O + 6HCl 2 5 3 2 3 2 2

2、 5在工业上用氯化焙烧法处理钒铅矿，提取五氧化二钒。V O 比 TiO 具有较强的酸性和较强的氧化性，它主要显酸性，易溶于碱：2 5 2V O + 6NaOH = 2Na VO + 3H O V O 是较强的氧化剂：V O + 6HCl = 2VOCl + Cl + 3H O 2 5 3 4 2 2 5 2 5 2 2 2（3）钒酸盐和多钒酸盐钒酸盐有偏钒酸盐 MVO 、正钒酸盐 M VO 和多钒酸盐（M V O 、M V O ）等。3 3 4 4 2 7 3 3 9例 1.（2016 课标）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V O ）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中2 5回收 V O 既避

3、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：2 5物质V O2 5V O2 4K SO2 4SiO2Fe O2 3Al O2 3质量分数/%2.22.92.83.122286065121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 V O 转化为 VO ，反应的离子方程式为_，同时 V O 转成 VO 。“废渣 1”2 5 2 2 4的主要成分是_。（2）“氧化”中欲使 3 mol 的 VO 变为 VO ，则需要氧化剂 KClO 至少为_mol。2 3（3）“中和”作用之一是使钒以 V O 形式存在于溶液中。“废渣 2”中含有_。4 12（4）“离子交换”和“洗

4、脱”可简单表示为：4ROH+ V O4 124R V O +4OH （ROH 为强碱性阴离 4 4 121 2+3+33+ 3+-2 -2 -2 -+2 -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（NH VO ）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_。4 3【答案】（1）V O 2H =2VO H O；SiO ；（2）0.5；（3）Fe(OH) 、Al(OH) ；（4）碱；（5）K ；（6）2 5 2 2 2 3 32NH VO4 3高温V O H O2NH 。 2 5 2 3（4）根据

5、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（NH VO ）“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式4 3为 2NH VO4 3高温V O H O2NH 。 2 5 2 3二.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、H SO ，起初生成蓝色 Cr2 4溶液，而后为空气所氧化成

6、绿色的 Cr溶液：Cr + 2HCl = CrCl + H 4CrCl + 4HCl + O = 4CrCl + 2H O2 2 2 2 3 2铬在冷、浓 HNO 中钝化。3（2）铬(III)的化合物向 Cr 溶液中逐滴加入 2 moldm NaOH，则生成灰绿色 Cr(OH) 沉淀。Cr(OH) 具有两性：3 3Cr(OH) + 3H = Cr + 3H O Cr(OH) +OH = Cr(OH) (亮绿色)3 2 3 4（3）铬酸、铬酸盐和重铬酸盐若向黄色 CrO 溶液中加酸，溶液变为橙色 Cr O （重铬酸根）液；反之，向橙色4 2 7Cr O 溶液中加碱，又变为 CrO 2 72 -4

7、黄色液： 2 CrO2 -4(黄色) + 2HCr O (橙色) + H O 2 7 2K =1.2101422+2 -2 -2 -2-2-+2-3+223+ 3+122+2H CrO 是一个较强酸（ K = 4.1， K 2 4 a1a2= 3.2107），只存在于水溶液中。氯化铬酰 CrO Cl 是血红色液体，遇水易分解：CrO Cl + 2H O = H CrO + 2HCl2 2 2 2 2 2 4常见的难溶铬酸盐有 Ag CrO （砖红色）、PbCrO （黄色）、BaCrO （黄色）和 SrCrO （黄色）等，它2 4 4 4 4们均溶于强酸生成 M 和 Cr O 。2 7K Cr

8、O 是常用的强氧化剂，饱和 K Cr O 溶液和浓 H SO 混合液用作实验室的洗液。在碱性溶液中 2 2 7 2 2 7 2 4将 Cr(OH)-4氧化为 CrO ，要比在酸性溶液将 Cr 43+氧化为 Cr O 容易得多。而将 Cr(VI)转化为 Cr(III)， 2 7则常在酸性溶液中进行。10（2016 北京）K Cr O 溶液中存在平衡：Cr O （橙色）+H O2 2 7 2 7 2溶液进行下列实验：2CrO （黄色）+2H 。用 K Cr O 4 2 2 7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 Cr O 被 C H OH 还原2 7 2 5C对比和可知

9、 K Cr O 酸性溶液氧化性强2 2 7D若向中加入 70%H SO 溶液至过量，溶液变为橙色2 4【答案】D例 1.（2016 课标）元素铬(Cr)在溶液中主要以 Cr (蓝紫色)、Cr(OH) (绿色)、Cr O (橙红色)、CrO (黄4 2 7 4色)等形式存在，Cr(OH) 为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：3（1）Cr 与 Al 的化学性质相似。在 Cr (SO ) 溶液中逐滴加入 NaOH 溶液直至过量，可观察到的现2 4 3象是_。（2 ）CrO 和 Cr O 在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为 1.0 mol L 的 Na CrO 溶液中 4 2 7 2 4c(Cr

10、 O )随 c(H )的变化如图所示。2 7322+25111+212103+242-2-142 7 2-5-33+23+ 3+-+2-42-2-+2 7 242-22 7 22 72-4+-7用离子方程式表示 Na CrO 溶液中的转化反应_。2 4由图可知，溶液酸性增大，CrO 的平衡转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。根据4A 点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。升高温度，溶液中 CrO 的平衡转化率减小，则该反应的 H_0(填“大于”“小于”或“等4于”)。（3）在化学分析中采用 K CrO 为指示剂，以 AgNO 标准溶液滴定溶液中 Cl ，利用 Ag 与 CrO 生2 4

11、 3 4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 1.010 molL )时，溶液中 c(Ag ) 为 _ mol L ，此时溶液中 c(CrO ) 等于 _ mol L 。 ( 已知4Ag CrO 、AgCl 的 K 分别为 2.010 2 4 sp和 2.010)。（4）+6 价铬的化合物毒性较大，常用 NaHSO 将废液中的 Cr O 还原成 Cr ，该反应的离子方程式3 2 7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；（2）2CrO+2HCr O +H O； 增大；1.010 ；小于；（3）2.010；51

12、0；（4）Cr O 2 72+3HSO3+5H =2Cr+3SO +4H O。4 2【解析】试题分析：（1）根据 Cr 与 Al 的化学性质相似，可知 Cr(OH) 是两性氢氧化物，3能溶解在强碱 NaOH 溶液中。向 Cr (SO ) 溶液中逐滴加入 NaOH 溶液直至过量，首先发生反2 4 3应：Cr3+3OH =Cr(OH) ，产生 Cr(OH) 灰蓝色固体，当碱过量时，又会发生反应：3 3Cr(OH) +OH = Cr(OH) ，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 3 4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，CrO

13、42-与溶液中的 H发生反应，反应转化为 Cr O2 72-的离子反应式为：2CrO +2HCr O +H O。根据化学平衡移动原理，溶液酸性增大，c(H )增大，化学平衡 2CrO +2HCr O +H O 向正反应方向进行，导致 CrO 的平衡转化率增大；根据图像可知，在 A4点时，c(Cr O2-)=0.25 mol/L，由于开始时 c(CrO42)=1.0 mol/L，根据 Cr 元素守恒可知 A 点的溶液中 CrO 的浓度 c(CrO42)=0.5 mol/L；H 浓度为 1.010 mol/L；此时该转化反应的平衡425110-10+-11-5121122 +-5-3223+ 22

14、32+ 2+2+2+2+ 2+2+- +2+ +-常数为 K =c(Cr O 2-) 0.252 7 =c 2 (CrO 2 -) c2(H +) 0.52 (1.010 -7 ) 24=1.0 1014；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 CrO 的平衡转化率减4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 H0；（3）当溶液中 Cl 完全沉淀时，即 c(Cl )=1.010 molL ，根据溶度积常数 K (AgCl)=2.010 ，可得溶液中spc(A

15、g )=K (AgCl)c(Cl )=2.010 (1.010sp5molL )=2.010 molL ；则此时溶液中c(CrO )=K (Ag CrO )/c (Ag )=2.010 (2.010 molL )=510 molL ；（4） NaHSO 具 4 sp 2 4 3有还原性，Cr O2 7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：Cr O +3HSO +5H2 7 3=2Cr +3SO +4H O。4 2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）

16、铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有 Cr O 的酸性废水通过铁炭混合物，在微电2 7池正极上 Cr O 2 72转化为 Cr，其电极反应式为_。（2）在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu 和 Pb 的去除率， 结果如图所示。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 Cu和 Pb，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，Cu 和 Pb 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 FeSO 溶液中滴加碱性 NaBH 溶液，溶液中 BH4 44（B 元素的

17、化合价为+3）与 Fe反应生成纳米铁粉、H 和 B(OH)2 4，其离子方程式为 。纳米铁粉与水中 NO 反应的离子方程式为 4Fe+NO +10H =4Fe +NH +3H O3 3 4 2研究发现，若 pH 偏低将会导致 NO 的去除率下降，其原因是 。352+3+2+2+ 2+2+2+ -+2+ +2+-2+相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中 NO 是 。-的速率有较大差异（见图），产生该差异的可能原因 3【答案】（1）Cr O2 7+6e +14H=2Cr +7H O （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）2Fe +BH4+4OH

18、 =2Fe+ B(OH) +2H 纳米铁粉与 H 反应生成 H4 22Cu 或 Cu 催化纳米铁粉去除 NO 的反应（或形成的 FeCu 原电池增大纳米铁粉去除 NO 的反应速率）3 3（3）一定条件下，向 FeSO 溶液中滴加碱性 NaBH 溶液，溶液中 BH （B 元素的化合价为+3）与 Fe4 4 4反应生成纳米铁粉、H 和 B(OH)2 4，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式为2Fe +BH +4OH =2Fe+ B(OH) +2H ；4 4 2纳米铁粉与水中 NO 反应的离子方程式为 4Fe+ NO +10H =4Fe +NH +3H O，若 pH 偏低，则溶液3 3 4 2的酸性增强，会发生反应：Fe+2H=Fe+ H ；导致 NO 23-的去除率下降；根据图像可知，相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO 的速率有较大差异，可能是由于 Cu 或 Cu3催化纳米铁粉去除 NO 的反应（或形成的 FeCu 原电池增大纳米铁粉去除 NO 的反应速率）。3 36