Question

6．鎢是我國(guó)豐產(chǎn)元素，是熔點(diǎn)最高的金屬，廣泛用于拉制燈泡的燈絲，鎢在自然界主要以鎢（VI） 酸鹽的形式存在．有開(kāi)采價(jià)值的鎢礦石之一白鎢礦的主要成分是CaWO₄，含有二氧化硅、氧化鐵等雜質(zhì)，工業(yè)冶煉鎢流程如下：

已知：
①鎢酸酸性很弱，難溶于水
②完全沉淀離子的pH值：${SiO}_{3}^{2-}$為8，${WO}_{4}^{2-}$為5
③碳和金屬鎢在高溫下會(huì)反應(yīng)生成碳化鎢
（1）₇₄W在周期表的位置是第六周期．
（2）CaWO₄與純堿發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是CaWO₄+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂WO₄+CaO+CO₂↑．
（3）濾渣B的主要成分是（寫(xiě)化學(xué)式）H₂SiO₃．調(diào)節(jié)pH可選用的試劑是：C（填寫(xiě)字母序號(hào)）．
A．氨水 B．氫氧化鈉溶液 C．鹽酸 D．碳酸鈉溶液
（4）母液中加入鹽酸的離子方程式為WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓．檢驗(yàn)沉淀C是否洗滌干凈的操作是取最后一次的洗滌液少量于試管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO₃溶液，若無(wú)白色沉淀生成，則說(shuō)明沉淀已經(jīng)洗滌干凈，若出現(xiàn)白色沉淀則表明沉淀未洗凈．
（5）為了獲得可以拉制燈絲的高純度金屬鎢，不宜用碳而必須用氫氣作還原劑的原因是碳或氫氣都可置換出鎢，但碳為固體，難以分離，且碳和金屬鎢在高溫下會(huì)反應(yīng)生成碳化鎢．
（6）將氫氧化鈣加入鎢酸鈉堿性溶液中可得到鎢酸鈣，已知溫度為T(mén)時(shí)K_sp（CaWO₄）=1×10^-10，K_sp[Ca（OH）₂]=4×10^-7，當(dāng)溶液中${WO}_{4}^{2-}$恰好沉淀完全 （離子濃度等于10^-5mol/L）時(shí)，溶液中$\frac{{c（WO}_{4}^{2-}）}{{c（OH}^{-}）}$=5×10^-5．

Answer 1

分析 白鎢礦的主要成分是CaWO₄，含有二氧化硅、氧化鐵等雜質(zhì)，白鎢礦與碳酸鈉在1000℃溫度下反應(yīng)，二氧化硅與碳酸鈉會(huì)反應(yīng)生成硅酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，得到的混合物用水浸取，過(guò)濾后的濾液經(jīng)過(guò)系列操作得到WO₃，說(shuō)明碳酸鈉與CaWO₄反應(yīng)生成Na₂WO₄，則濾渣A為氧化鐵等，濾液中含有Na₂SiO₃、Na₂WO₄，再調(diào)節(jié)pH在5～8之間，使硅酸根轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃沉淀過(guò)濾除去，母液中含有Na₂WO₄，再加入鹽酸得到沉淀C為H₂WO₄，灼燒產(chǎn)生三氧化鎢和水，再還原得到鎢．
（1）根據(jù)核外電子數(shù)及電子排布規(guī)律分析；
（2）CaWO₄與純堿反應(yīng)生成Na₂WO₄、CaO與二氧化碳；
（3）濾渣B為硅酸，調(diào)節(jié)溶液pH使硅酸根轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃沉淀過(guò)濾除去，應(yīng)加入酸；
（4）母液中Na₂WO₄與鹽酸得到H₂WO₄沉淀與氯化鈉；檢驗(yàn)沉淀C的表面會(huì)附著NaCl，用硝酸銀溶液檢驗(yàn)最后一次洗滌液中是否含有氯離子判斷；
（5）碳或氫氣都可置換出鎢，但碳為固體，難以分離，且碳和金屬鎢在高溫下會(huì)反應(yīng)生成碳化鎢；
（6）根據(jù)K_sp（CaWO₄）=c（Ca²⁺）×c（WO₄^-）計(jì)算c（Ca²⁺），再根據(jù)K_sp[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×c²（OH^-）計(jì)算c（OH^-），進(jìn)而計(jì)算溶液中$\frac{{c（WO}_{4}^{2-}）}{{c（OH}^{-}）}$．

解答 解：白鎢礦的主要成分是CaWO₄，含有二氧化硅、氧化鐵等雜質(zhì)，白鎢礦與碳酸鈉在1000℃溫度下反應(yīng)，二氧化硅與碳酸鈉會(huì)反應(yīng)生成硅酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，得到的混合物用水浸取，過(guò)濾后的濾液經(jīng)過(guò)系列操作得到WO₃，說(shuō)明碳酸鈉與CaWO₄反應(yīng)生成Na₂WO₄，則濾渣A為氧化鐵等，濾液中含有Na₂SiO₃、Na₂WO₄，再調(diào)節(jié)pH在5～8之間，使硅酸根轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃沉淀過(guò)濾除去，母液中含有Na₂WO₄，再加入鹽酸得到沉淀C為H₂WO₄，灼燒產(chǎn)生三氧化鎢和水，再還原得到鎢．
（1）鎢是74號(hào)元素，與鉻（Cr）同族，鎢的最外層有兩個(gè)電子，核外各電子層電子數(shù)為2、8、18、32、14、2，電子層數(shù)等于周期序數(shù)，所以在周期表的位置是第六周期；
故答案為：六；
（2）CaWO₄與純堿反應(yīng)生成Na₂WO₄、CaO與二氧化碳，反應(yīng)方程式為：CaWO₄+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂WO₄+CaO+CO₂↑，
故答案為：CaWO₄+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂WO₄+CaO+CO₂↑；
（3）濾渣B的主要成分為H₂SiO₃，調(diào)節(jié)溶液pH使硅酸根轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃沉淀過(guò)濾除去，應(yīng)加入鹽酸，
故答案為：H₂SiO₃；C；
（4）母液中Na₂WO₄與鹽酸得到H₂WO₄沉淀與氯化鈉，反應(yīng)離子方程式為：WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；檢驗(yàn)沉淀C是否洗滌干凈的操作是：取最后一次的洗滌液少量于試管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO₃溶液，若無(wú)白色沉淀生成，則說(shuō)明沉淀已經(jīng)洗滌干凈，若出現(xiàn)白色沉淀則表明沉淀未洗凈，
故答案為：WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；取最后一次的洗滌液少量于試管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO₃溶液，若無(wú)白色沉淀生成，則說(shuō)明沉淀已經(jīng)洗滌干凈，若出現(xiàn)白色沉淀則表明沉淀未洗凈；
（5）如果用碳做還原劑，混雜在金屬中的碳不易除去，而且碳會(huì)在高溫下和金屬鎢反應(yīng)形成碳化鎢，不容易獲得純的金屬鎢，用氫氣作還原劑可避免產(chǎn)生以上問(wèn)題，
故答案為：碳或氫氣都可置換出鎢，但碳為固體，難以分離，且碳和金屬鎢在高溫下會(huì)反應(yīng)生成碳化鎢；
（6）當(dāng)溶液中WO₄^2-恰好沉淀完全，其離子濃度等于10^-5mol/L，根據(jù)K_sp（CaWO₄）=c（Ca²⁺）×c（WO₄^-）=1×10^-10，則溶液中c（Ca²⁺）=1×10^-5mol/L，再根據(jù)K_sp[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×c²（OH^-）=4×10^-7，可知c（OH^-）=0.2mol/L，則溶液中$\frac{{c（WO}_{4}^{2-}）}{{c（OH}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-5}}{0.2}$=5×10^-5，
故答案為：5×10^-5．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于化學(xué)工藝流程題目，涉及物質(zhì)的分離提純、對(duì)原理的分析評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)基本操作、溶度積有關(guān)計(jì)算等，關(guān)鍵是對(duì)工藝流程的理解，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．