Question

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

 

（填序號）
A．釩在常溫下，化學活潑性較弱
B．釩鋼表面形成了致密且堅固的氧化膜
C．釩鋼結構緊密，具有較高的韌性、彈性和強度
（2）在溫度較低時，溶液中釩酸鹽會轉化為焦釩酸鹽：
2VO₄^3-+H₂O?V₂O₇^4-+2OH^-①
在溫度較高時，焦釩酸鹽又轉化為偏釩酸鹽：
V₂O₇^4-+H₂O?2VO₃^-+2OH^-②
反應②平衡常數的表達式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
寫出H₂還原V₂O₅得到V₂O₃的熱化學方程式：

 

；
（4）用釩酸鈉（Na₃VO₄）溶液（含PO₄^3-、SiO₃^2-等雜質離子）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，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，該步驟反應的離子方程式為

 

；
④為測定產品純度，稱取產品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標準溶 液滴定，發生的反應為：
V₂O₅+6HCl+2KI=2VOCl₂+2KCl+I₂+3H₂O
I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI
若三次滴定消耗標準溶液的平均體積為bmL，則該產品的純度為

 

（用含m、a、b的代數式表示）．

Answer 1

分析：（1）根據合金的性質分析；
（2）根據反應方程式和平衡常數的含義書寫K的表達式；
（3）利用蓋斯定律結合已知熱化學方程式計算；
（4）①根據溫度對反應速率的影響分析；
②已知Mg²⁺的平衡濃度，根據K_sp[Mg₃（PO₄）₂]計算；
③根據流程可知NH₄⁺與VO₃^-結合生成NH₄VO₃沉淀；
④根據反應方程式求出V₂O₅的物質的量，然后求出其質量，再求產品的純度．

解答：解：（1）根據合金的性質可知，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，釩鋼合金結構緊密，具有較高的韌性、彈性和強度，
故答案為：C；
（2）已知反應方程式V₂O₇^4-+H₂O?2VO₃^-+2OH^-，則平衡常數的表達式為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速率，所以加熱的作用是提高生成沉淀的反應速率；故答案為：提高生成沉淀的反應速率；
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根據流程可知NH₄⁺與VO₃^-結合生成NH₄VO₃沉淀，所以其離子方程式為NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
故答案為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；
④已知反應方程式為：V₂O₅+6HCl+2KI=2VOCl₂+2KCl+I₂+3H₂O
I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI，
設5.00mL溶液中V₂O₅的物質的量為xmol，
    V₂O₅ ～I₂ ～2Na₂S₂O₃
     1mol                  2mol
     xmol                 a×b×10^-3mol  
則x=

1

2

ab×10^-3mol，所以100mL溶液中V₂O₅的物質的量為

100

5

×

1

2

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

1.82ab

m

×100%=

182ab

m

%；
故答案為：

182ab

m

%．

點評：本題考查了合金的性質、平衡常數、蓋斯定律的應用、Ksp的有關計算、有關方程式的計算等，涉及的知識點較多，題目難度較大，側重于學生綜合能力的考查．