Question

16．鎢是我國豐產(chǎn)元素．科研專家經(jīng)過長期勘測評審，于2016年元月確認江西省浮梁縣存在著世界上最大的鎢礦．從而進一步確立了江西省“世界鎢都”的地位．自然界中鎢有部分是以鎢（+6價）酸鹽的形式存在．黑鎢礦的主要成分是鐵和錳的鎢酸鹽（FeWO₄、MnWO₄）．含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)．現(xiàn)用黑鎢礦制備金屬鎢的流程圖如下：

說明：a：反應(yīng)①是在高溫熔融下進行的，燒結(jié)物成分為：Fe₂O₃、Mn₂O₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂WO₄
      b：生成Fe₂O₃的反應(yīng)為：4FeWO₄+4Na₂CO₃+O₂═4Na₂WO₄+4CO₂+2Fe₂O₃
      c：在pH值3.0～4.4的熱溶液中，用鹽酸沉淀出鎢酸與雜質(zhì)分離，灼燒后即為三氧化鎢
回答下列問題：
（1）寫出燒結(jié)物中生成Na₂SiO₃的化學(xué)反應(yīng)方程式：Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，生成Mn₂O₄與生成Fe₂O₃所發(fā)生的反應(yīng)原理相同，請寫出生成Mn₃O₄的化學(xué)反應(yīng)方程式：6MnWO₄+6NaCO₃+O₂=6Na₂WO₄+6CO₂+2Mn₃O₄．
（2）操作3需要用到玻璃儀器的有：玻璃棒、燒杯、漏斗．
（3）通入足量CO₂時發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-、CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-．
（4）上述流程最后步驟中鎢的制備屬于工業(yè)冶煉金屬的何種方法熱還原法．
（5）我國鎢化學(xué)研究的奠基人顧翼東先生采用另外的反應(yīng)制得了一種黃色的、非整比的鎢的氧化物WO_（3-x），這種藍色氧化鎢具有比表面大、易還原得優(yōu)點．一般認為，藍色氧化鎢的顏色和非整比暗示了在化合物中存在正五價和正六價兩種狀態(tài)的鎢，若x的值為0.1，則藍色氧化鎢中這兩種價態(tài)的鎢原子數(shù)之比為1：4．

Answer 1

分析 黑鎢礦的主要成分是鐵和錳的鎢酸鹽（FeWO₄、MnWO₄）．含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)在空氣中加入氫氧化鈉熔融，燒結(jié)物成分為：Fe₂O₃、Mn₂O₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂WO₄，冷卻溶解過濾得到濾液A，在pH值3.0～4.4的熱溶液中，用鹽酸沉淀出鎢酸B與雜質(zhì)分離，灼燒后即為三氧化鎢，氫氣還原氧化鎢得到金屬鎢，
（1）燒結(jié)物中生成Na₂SiO₃的化學(xué)反應(yīng)是二氧化硅和堿反應(yīng)生成，如碳酸鈉和二氧化硅混合加熱反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，生成Mn₃O₄的化學(xué)反應(yīng)是依據(jù)反應(yīng)4FeWO₄+4Na₂CO₃+O₂═4Na₂WO₄+4CO₂+2Fe₂O₃類推得到；
（2）操作3為過濾，據(jù)此選擇需要的儀器；
（3）濾液1中通入過量二氧化碳是溶液中偏鋁酸根離子和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，二氧化碳和硅酸根離子反應(yīng)生成白色沉淀硅酸；
（4）脫水產(chǎn)物為WO₃，通入氫氣還原生成鎢金屬，屬于熱還原法；
（5）鎢的氧化物WO_（3-x）中x=0.1，則鎢的氧化物為WO_2.9，根據(jù)十字交叉法來計算回答．

解答 解：（1）燒結(jié)物中生成Na₂SiO₃的化學(xué)反應(yīng)是二氧化硅和堿反應(yīng)生成，如碳酸鈉和二氧化硅混合加熱反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，燒結(jié)物中生成Na₂SiO₃的化學(xué)反應(yīng)方程式為：Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，生成Mn₃O₄的化學(xué)反應(yīng)是結(jié)合反應(yīng)4FeWO₄+4Na₂CO₃+O₂═4Na₂WO₄+4CO₂+2Fe₂O₃，類推得到，生成Mn₂O₄與生成Fe₂O₃所發(fā)生的反應(yīng)原理相同，生成Mn₃O₄的化學(xué)反應(yīng)方程式為：6MnWO₄+6NaCO₃+O₂=6Na₂WO₄+6CO₂+2Mn₃O₄，
故答案為：Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；6MnWO₄+6NaCO₃+O₂=6Na₂WO₄+6CO₂+2Mn₃O₄；
（2）操作3為分離溶液和固體的過濾操作，需要用到玻璃儀器的有：玻璃棒、燒杯、漏斗，
故答案為：玻璃棒、燒杯、漏斗；
（3）濾液1中通入過量二氧化碳是溶液中偏鋁酸根離子和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，通入足量CO₂時發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，二氧化碳和硅酸根離子反應(yīng)生成白色沉淀硅酸，反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；
（4）分析可知，H₂WO₄脫水產(chǎn)物為WO₃，通入氫氣還原生成鎢金屬，WO₃+3H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$W+3H₂O冶煉的方法，屬于熱還原法，故答案為：熱還原法；
（5）鎢的氧化物WO_（3-x）中x=0.1，則鎢的氧化物為WO_2.9，可用十字交叉法求算：，
故答案為：1：4

點評 本題意工藝流程題為載體，綜合考查學(xué)生氧化還原以及金屬的冶煉等方面的知識，題目難度中等．