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微專題17金屬及其化合物制備流程(Mo)一、物質(zhì)概況:鉬是一種金屬元素,元素符號:Mo,英文名稱:Molybdenum,原子序數(shù)42,是VIB族金屬。鉬的密度為10.2g/cm3,熔點(diǎn)為2610℃,沸點(diǎn)為5560℃。鉬是一種銀白色的金屬,硬而堅韌,熔點(diǎn)高,熱傳導(dǎo)率也比較高,常溫下不與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)。作為一種過渡元素,極易改變其氧化狀態(tài),鉬離子的顏色也會隨著氧化狀態(tài)的改變而改變。鉬是人體及動植物所必需的微量元素,對人以及動植物的生長、發(fā)育、遺傳起著重要作用。鉬在地殼中的平均含量為0.00011%,全球鉬資源儲量約為1100萬噸,探明儲量約為1940萬噸。由于鉬具有高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、耐腐蝕、耐磨研等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電氣和電子技術(shù)、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。二、化學(xué)性質(zhì):常溫或在不太高的溫度下,鉬在空氣或水里是穩(wěn)定的。鉬在空氣中加熱,顏色開始由白(色)轉(zhuǎn)暗灰色;溫升至520℃,鉬開始被緩慢氧化,生成黃色三氧化鉬(MoO3,溫度降至常溫后變?yōu)榘咨?;溫升至600℃以上,鉬迅速被氧化成MoO3。鉬在水蒸氣中加熱至700~800℃便開始生成MoO2,將它進(jìn)一步加熱,二氧化鉬被繼續(xù)氧化成三氧化鉬。鉬在純氧中可自燃,生成三氧化鉬。
鉬的這一系列氧化物中,除最高價態(tài)的MoO3為酸性外,其余氧化物均為堿性氧化物。鉬最重要的氧化物是MoO3和MoO2。
純MoO2呈暗灰色、深褐色粉末狀。MoO2可溶于水,易溶于鹽酸及硝酸,但不溶于氨水等堿液里。在空氣、水蒸氣或氧氣中繼續(xù)加熱MoO2,它將被進(jìn)一步氧化,直至完全生成MoO3。在真空中加熱到1520~1720℃,固態(tài)MoO2局部升華而不分解出氧,但大部分MoO2分解成MoO3氣體和固態(tài)Mo。Jette.E.R(1935年)報道:MoO2在1980℃±50℃、0.1MPa(惰性氣體)的條件下分解成鉬和氧。MoO2是鉬氧化的最終產(chǎn)物。MoO3為淡綠或淡青色的白色粉末。MoO3微溶于水而生成鉬酸。
MoO3易溶于氨水、堿金屬堿液中,生成與同多酸對應(yīng)的鹽。作為鉬的重要化工產(chǎn)品--工業(yè)鉬酸銨,也正是這一系列同多酸的銨鹽混合物。室溫下,鉬能與F2反應(yīng)。250℃鉬開始與Cl2反應(yīng),700~800℃鉬可與Cl2反應(yīng)生成MoCl2。在白熱溫度下,鉬能與Br2反應(yīng)。工業(yè)上通常用H2還原MoO3以生產(chǎn)金屬鉬粉。鉬在常溫下不與HF、HCI、稀HNO3、稀H2SO4及堿溶液反應(yīng)。鉬只溶于濃HNO3、王水或熱而濃的H2SO4、煮沸的HCI中。三、鉬選礦冶煉工藝鉬礦的選礦方法【專題精練】1.鉬(Mo)的最重要用途是作為鐵合金的添加劑,用CO還原MoO3制備單質(zhì)Mo的裝置如圖所示(尾氣處理裝置已省略)。下列說法正確的是A.裝置①用于制備CO2,其中石灰石可用純堿替代B.裝置②中盛有飽和碳酸鈉溶液,以除去CO2中的HCl氣體C.在裝置④中生成了鉬單質(zhì)D.裝置⑥中的現(xiàn)象不能達(dá)到檢驗(yàn)MoO3是否被CO還原的目的2.中國科學(xué)院深圳研究院成功研發(fā)出一種基于二硫化鉬/碳納米復(fù)合材料的鈉型雙離子電池,可充放電。其放電時工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A.二硫化鉬/碳納米復(fù)合材料為該電池的負(fù)極材料B.放電時正極的反應(yīng)式為Cn(PF6)x-xe-=xPF+CnC.充電時陰極的電極反應(yīng)式為MoS2-C+xNa++xe-=NaxMoS2-CD.充電時石墨端鋁箔連接外接電源的負(fù)極EMBEDEquation.DSMT43.金屬鉬(Mo)可以增強(qiáng)合金的某些機(jī)械性能和耐腐蝕性。下圖是化工生產(chǎn)中制備金屬鉬的實(shí)驗(yàn)流程圖(已知鉬酸為難溶于水和酸的黃色晶體):(1)在灼燒鉬礦時發(fā)生化學(xué)反應(yīng):2MoS2+7O22MoO3+4SO2,該反應(yīng)的還原劑是__________。當(dāng)有1molMoS2反應(yīng)時,還原劑失去電子的物質(zhì)的量為______________。(2)步驟①中,灼燒鉬礦時,用于盛放固體的儀器的名稱為______________。(3)寫出步驟②中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式______________________________。(4)在步驟③中需要加入過量硝酸,檢驗(yàn)硝酸過量的操作為_________________。(5)某同學(xué)擬選用如下裝置,用氫氣還原三氧化鉬,同時檢驗(yàn)該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物,根據(jù)要求回答下列問題。①若兩次使用到C裝置,則裝置D中所盛的藥品是___________(填試劑名稱)。②根據(jù)完整的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)步驟如下:檢查裝置氣密性后,裝入藥品;打開分液漏斗活塞后_________→_________→_________→_________(請按正確的順序填入下列步驟的代號)。a.收集氣體并檢驗(yàn)其純度b.停止加熱,充分冷卻c.加熱反應(yīng)一段時間d.關(guān)閉分液漏斗活塞,停止通氫氣(6)化學(xué)分析中,常用沉淀法測定金屬的含量。若稱取三氧化鉬粗產(chǎn)品mg,用濃氨水溶解后,再滴加足量的硝酸使其完全轉(zhuǎn)化為鉬酸沉淀,此時消耗0.2mol/LHNO3溶液250mL,則粗產(chǎn)品中三氧化鉬的含量為_______(請用含m的表達(dá)式表示)。EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT44.納米級復(fù)合材料被認(rèn)為是一種理想的鈉離子電池負(fù)極材料,以鉬精礦[主要成分,以及、、、、等雜質(zhì)]為原料生產(chǎn)納米級的工業(yè)流程如下:已知:i.不溶于水和常見的酸堿,“燒熔”時可轉(zhuǎn)化為酸性氧化物;ii.經(jīng)“燒熔”后可與沸鹽酸反應(yīng)。(1)“粉碎”的目的為___________。(2)濾液②中含有的金屬離子為___________;濾渣②的成分為___________。(3)“堿浸”時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________;用溶液代替氨水的不足之處為___________。(4)已知“硫代”一步生成了,則“沉鉬”中加入鹽酸生成的離子方程式為___________。(5)用“加熱還原”,實(shí)際操作時需注意的問題為___________。(6)分析化學(xué)上,常利用“沉鉬”反應(yīng)測定鉬的含量,若稱量54.0g鉬精礦,“沉鉬”時得到28.8g,則鉬精礦中鉬的百分含量為___________(轉(zhuǎn)化工藝中鉬的損失不計,保留三位有效數(shù)字)。EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT45.鉬是一種過渡金屬元素,通常用作合金及不銹鋼的添加劑,這種元素可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊接性及韌性,還可增強(qiáng)其耐高溫及耐腐蝕性能。如圖是化工生產(chǎn)中制備金屬鉬的主要流程圖。(1)反應(yīng)①的尾氣可以再利用,寫出應(yīng)用該尾氣制得的兩種重要化學(xué)試劑:___。(2)如果在實(shí)驗(yàn)室模擬操作1和操作2,則需要使用的主要玻璃儀器有:___。(3)鉬在空氣中灼燒生成三氧化鉬,三氧化鉬溶于氫氧化鈉溶液生成鉬酸鈉;三氧化鉬不溶于鹽酸或稀硫酸。鉬酸鈉的化學(xué)式為___。(3)工業(yè)上制備還原性氣體CO和H2的反應(yīng)原理為CO2+CH42CO+2H2,CH4+H2OCO+3H2。含甲烷體積分?jǐn)?shù)為80%的aL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)天然氣與足量二氧化碳和水蒸氣的混合物在高溫下反應(yīng),甲烷轉(zhuǎn)化率為90%,用產(chǎn)生的還原性氣體(CO和H2)還原MoO3制鉬,理論上能生產(chǎn)鉬的質(zhì)量為___。EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT46.鉬酸鈉(Na2MoO4)是一種冷卻水系統(tǒng)的金屬緩蝕劑,工業(yè)上利用鉬精礦(主要成分為MoS2)制備金屬鉬和鉬酸鈉晶體的流程如下圖所示。回答下列問題:(1)如果在空氣中焙燒1molMoS2時,S轉(zhuǎn)移12mol電子,則MoS2中鉬元素的化合價為_________;焙燒的產(chǎn)物除MoO3外的另一種是_________,產(chǎn)生的尾氣對環(huán)境的主要危害是____________________________。(2)若在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作2,則從鉬酸鈉溶液中得到鉬酸鈉晶體的操作步驟是____________________,過濾、洗滌、干燥。(3)鉬精礦中MoS2含量的測定:取鉬精礦16g,經(jīng)在空氣中焙燒、操作1、操作2得到鉬酸鈉晶體(Na2MoO4·2H2O)12.1g,鉬精礦中MoS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_________________________。(已知MoS2的相對分子質(zhì)量為160,Na2MoO4·2H2O的相對分子質(zhì)量為242)。(4)操作3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________
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