微专题17 金属及其化合物制备流程（Mo）-备战2022年高考化学考点微专题（解析版）

微专题17金属及其化合物制备流程（Mo）一、物质概况：钼是一种金属元素，元素符号：Mo，英文名称：Molybdenum，原子序数42，是VIB族金属。钼的密度为10.2g/cm³，熔点为2610℃，沸点为5560℃。钼是一种银白色的金属，硬而坚韧，熔点高，热传导率也比较高，常温下不与空气发生氧化反应。作为一种过渡元素，极易改变其氧化状态，钼离子的颜色也会随着氧化状态的改变而改变。钼是人体及动植物所必需的微量元素，对人以及动植物的生长、发育、遗传起着重要作用。钼在地壳中的平均含量为0.00011%，全球钼资源储量约为1100万吨，探明储量约为1940万吨。由于钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐磨研等优点，被广泛应用于钢铁、石油、化工、电气和电子技术、医药和农业等领域。二、化学性质：常温或在不太高的温度下，钼在空气或水里是稳定的。钼在空气中加热，颜色开始由白(色)转暗灰色;温升至520℃，钼开始被缓慢氧化，生成黄色三氧化钼(MoO3，温度降至常温后变为白色);温升至600℃以上，钼迅速被氧化成MoO3。钼在水蒸气中加热至700~800℃便开始生成MoO2，将它进一步加热，二氧化钼被继续氧化成三氧化钼。钼在纯氧中可自燃，生成三氧化钼。 钼的这一系列氧化物中，除最高价态的MoO3为酸性外，其余氧化物均为碱性氧化物。钼最重要的氧化物是MoO3和MoO2。 纯MoO2呈暗灰色、深褐色粉末状。MoO2可溶于水，易溶于盐酸及硝酸，但不溶于氨水等碱液里。在空气、水蒸气或氧气中继续加热MoO2，它将被进一步氧化，直至完全生成MoO3。在真空中加热到1520~1720℃，固态MoO2局部升华而不分解出氧，但大部分MoO2分解成MoO3气体和固态Mo。Jette.E.R(1935年)报道:MoO2在1980℃±50℃、0.1MPa(惰性气体)的条件下分解成钼和氧。MoO2是钼氧化的最终产物。MoO3为淡绿或淡青色的白色粉末。MoO3微溶于水而生成钼酸。 MoO3易溶于氨水、碱金属碱液中，生成与同多酸对应的盐。作为钼的重要化工产品--工业钼酸铵，也正是这一系列同多酸的铵盐混合物。 室温下，钼能与F2反应。250℃钼开始与Cl2反应，700~800℃钼可与Cl2反应生成MoCl2。在白热温度下，钼能与Br2反应。工业上通常用H2还原MoO3以生产金属钼粉。钼在常温下不与HF、HCI、稀HNO3、稀H2SO4及碱溶液反应。钼只溶于浓HNO3、王水或热而浓的H2SO4、煮沸的HCI中。三、钼选矿冶炼工艺钼矿的选矿方法 【专题精练】1．钼（Mo）的最重要用途是作为铁合金的添加剂，用CO还原MoO3制备单质Mo的装置如图所示（尾气处理装置已省略）。下列说法正确的是A．装置①用于制备CO2，其中石灰石可用纯碱替代B．装置②中盛有饱和碳酸钠溶液，以除去CO2中的HCl气体C．在装置④中生成了钼单质D．装置⑥中的现象不能达到检验MoO3是否被CO还原的目的 【答案】D【解析】A.装置①用于制备CO2，发生的反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,其中石灰石不可用纯碱替代，因为纯碱是粉末状，必然漏到底部，无法随时控制反应的进行和停止，A项错误；B.装置②中如盛有饱和碳酸钠溶液，则发生两个反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑和CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3，虽除去了杂质氯化氢，但同时消耗了主要成分二氧化碳，所以选用饱和碳酸钠溶液不合适，可以选用饱和碳酸氢钠溶液，B项错误；C.在装置④发生反应：C+CO22CO，为装置⑤提供还原剂CO，装置⑤中生成了钼单质，C项错误；D.因CO2在装置④没有被完全还原，也会进入装置⑥中的，所以该装置中石灰水变浑浊，不能直接得出MoO3被CO还原的结论，D项正确； 所以答案选择D项。2．中国科学院深圳研究院成功研发出一种基于二硫化钼/碳纳米复合材料的钠型双离子电池，可充放电。其放电时工作原理如图所示。下列说法不正确的是（）A．二硫化钼/碳纳米复合材料为该电池的负极材料B．放电时正极的反应式为Cn(PF6)x-xe-=xPF+CnC．充电时阴极的电极反应式为MoS2-C+xNa++xe-=NaxMoS2-CD．充电时石墨端铝箔连接外接电源的负极【答案】BD 【解析】A.原电池工作原理是：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，由图中信息可知，钠离子向铝箔石墨电极移动，故铝箔石墨电极为正极，二硫化钼/碳纳米复合材料为负极，故A正确；B.由装置图可知放电时正极产生PF得电子生成和Cn，电极反应式为：Cn(PF6)x+xe-═xPF6-+Cn，故B错误；C.充电时原电池的负极接电源的负极，作阴极，发生的反应为：MoS2-C+xNa++xe-=NaxMoS2-C，故C正确；D.充电时原电池的正极接电源的正极，作阳极，石墨端铝箔连接外接电源的正极，故D错误。故答案：BD。3．金属钼（Mo）可以增强合金的某些机械性能和耐腐蚀性。下图是化工生产中制备金属钼的实验流程图（已知钼酸为难溶于水和酸的黄色晶体）：（1）在灼烧钼矿时发生化学反应：2MoS2+7O22MoO3+4SO2，该反应的还原剂是__________。当有1molMoS2反应时，还原剂失去电子的物质的量为______________。（2）步骤①中，灼烧钼矿时，用于盛放固体的仪器的名称为______________。（3）写出步骤②中发生反应的离子方程式______________________________。（4）在步骤③中需要加入过量硝酸，检验硝酸过量的操作为_________________。（5）某同学拟选用如下装置，用氢气还原三氧化钼，同时检验该反应的氧化产物，根据要求回答下列问题。 ①若两次使用到C装置，则装置D中所盛的药品是___________（填试剂名称）。②根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞后_________→_________→_________→_________（请按正确的顺序填入下列步骤的代号）。a．收集气体并检验其纯度b．停止加热，充分冷却c．加热反应一段时间d．关闭分液漏斗活塞，停止通氢气（6）化学分析中，常用沉淀法测定金属的含量。若称取三氧化钼粗产品mg，用浓氨水溶解后，再滴加足量的硝酸使其完全转化为钼酸沉淀，此时消耗0.2mol/LHNO3溶液250mL，则粗产品中三氧化钼的含量为_______（请用含m的表达式表示）。【答案】（1）MoS214mol（2）坩埚（3）2NH3·H2o+MoO3=2NH4++MoO42-+H2O（4）静置后，向上层清液中继续滴加硝酸，若无明显现象，则硝酸过量（5）①无水硫酸铜②acbd（6）×100％【解析】试题分析：（1）2MoS2+7O22MoO3+4SO2，MoS2化合价升高为还原剂。当有1molMoS2反应时，消耗的氧气的物质的量为3.5mol，则转移电子的物质的量为3.5mol×4=14mol，故答案为MoS2；14mol；（2）步骤①中，灼烧使用的仪器为坩埚，故答案为坩埚；（3）MoO3与浓氨水反应生成钼酸铵，其反应的离子方程式为：2NH3•H2O+MoO3═2NH4++MoO42-+H2O；故答案为2NH3•H2O+MoO3═2NH4++MoO42-+H2O；（4）在步骤③ 中加入过量硝酸的目的是生成钼酸沉淀，检验硝酸过量的操作为静置后，向上层清液中继续滴加硝酸，若无明显现象，则硝酸过量，故答案为静置后，向上层清液中继续滴加硝酸，若无明显现象，则硝酸过量；（5）①该反应的氧化产物为水，用无水硫酸铜检验。②实验步骤如下：连接好仪器，检查装置气密性，装入药品，打开分液漏斗活塞，收集氢气并检验其纯度，然后加热B装作反应一段时间，停止加热，继续通氢气，充分冷却，然后关闭分液漏斗活塞，停止通氢气，则操作顺序为a→c→b→d；故答案为a、c、b、d；（6）根据2NH3•H2O+MoO3═2NH4++MoO42-+H2O和2H++MoO42-=H2MoO4↓，有MoO3~MoO42-~2HNO3，因为硝酸的物质的量为0.2mol/L×0.250L=0.05mol，因此MoO3的物质的量为0.025mol，产品中三氧化钼的含量为×100%=×100％，故答案为×100％。4．纳米级复合材料被认为是一种理想的钠离子电池负极材料，以钼精矿[主要成分，以及、、、、等杂质]为原料生产纳米级的工业流程如下：已知：i.不溶于水和常见的酸碱，“烧熔”时可转化为酸性氧化物；ii.经“烧熔”后可与沸盐酸反应。(1)“粉碎”的目的为___________。(2)滤液②中含有的金属离子为___________；滤渣②的成分为___________。 (3)“碱浸”时发生反应的化学方程式为___________；用溶液代替氨水的不足之处为___________。(4)已知“硫代”一步生成了，则“沉钼”中加入盐酸生成的离子方程式为___________。(5)用“加热还原”，实际操作时需注意的问题为___________。(6)分析化学上，常利用“沉钼”反应测定钼的含量，若称量54.0g钼精矿，“沉钼”时得到28.8g，则钼精矿中钼的百分含量为___________(转化工艺中钼的损失不计，保留三位有效数字)。【答案】(1)增大接触面积，加快反应速率(2)Cu2+、Ca2+、Fe2+、(3)+2NH3·H2O=(NH4)2MoO4+H2O会使二氧化硅溶解，导致制备的产品不纯(4)+2H+=↓+H2S↑(5)对氢气进行验纯(6)26.7%【分析】将钼精矿[主要成分，以及、、、、等杂质]进行粉碎后加浓盐酸进行酸浸，、、、与盐酸不反应，过滤后滤渣①的主要成分为、、、，将滤渣①进行烧熔，转化为酸性氧化物，转化为CuO，再次加入沸盐酸反应，、与盐酸不反应，滤渣②为、，滤液②中主要含有Cu2+、Ca2+、Fe2+，向滤渣②中加入氨水进行碱浸，酸性氧化物与氨水反应生成钼酸铵和水，不反应，则滤渣③为，滤液③主要含有钼酸铵，向滤液③通入H2S与钼酸铵反应转化为，加入盐酸“沉钼”，反应生成，用“加热还原”，得到纳米级，据此分析解答。【解析】 (1)流程中“粉碎”的目的为增大接触面积，加快反应速率；(2)根据分析可知，滤液②中含有的金属离子为Cu2+、Ca2+、Fe2+；滤渣②的成分为、；(3)“碱浸”时酸性氧化物与氨水反应生成钼酸铵和水，反应的化学方程式为+2NH3·H2O=(NH4)2MoO4+H2O；氢氧化钠为强碱，若用溶液代替氨水会使二氧化硅溶解，导致制备的产品不纯；(4)已知“硫代”一步生成了，则“沉钼”中加入盐酸生成的离子方程式为+2H+=↓+H2S↑；(5)氢气时一种易燃易爆的气体，用“加热还原”时，实际操作时需注意的问题为对使用的氢气进行验纯，避免实验安全隐患的发生；(6)“沉钼”时得到28.8g，则含有Mo元素的质量=×96g/mol=14.4g，则钼精矿中钼的百分含量为×100%=26.7%。5．钼是一种过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊接性及韧性，还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。 （1）反应①的尾气可以再利用，写出应用该尾气制得的两种重要化学试剂：___。（2）如果在实验室模拟操作1和操作2，则需要使用的主要玻璃仪器有：___。（3）钼在空气中灼烧生成三氧化钼，三氧化钼溶于氢氧化钠溶液生成钼酸钠；三氧化钼不溶于盐酸或稀硫酸。钼酸钠的化学式为___。（3）工业上制备还原性气体CO和H2的反应原理为CO2＋CH42CO＋2H2，CH4＋H2OCO＋3H2。含甲烷体积分数为80%的aL(标准状况)天然气与足量二氧化碳和水蒸气的混合物在高温下反应，甲烷转化率为90%，用产生的还原性气体(CO和H2)还原MoO3制钼，理论上能生产钼的质量为___。【答案】（1）H2SO4、Na2SO3[或Na2SO4、(NH4)2SO4等]（2）烧杯、漏斗、玻璃棒（3）Na2MoO4（4）4.11ag【分析】辉钼矿（主要成分是MoS2）在空气中燃烧生成MoO3和SO2，二氧化硫属于酸性氧化物，能被碱液吸收，所以尾气含SO2用浓氨水吸收，二氧化硫具有还原性，则同时通入氧气生成硫酸铵；MoO3加浓氨水生成钼酸铵溶液，过滤除去杂质，在钼酸铵溶液中加足量盐酸，发生复分解反应生成钼酸和氯化铵，钼酸为难溶于水和酸的黄色晶体，过滤得到钼酸晶体高温分解生成MoO3，在高温条件下用氢气还原得到金属钼。【解析】（1）反应①的尾气主要为二氧化硫，二氧化硫可以用来制备硫酸、硫酸盐、亚硫酸等，故答案为：H2SO4、Na2SO3[或Na2SO4、(NH4)2SO4等]；（2）如果在实验室模拟操作1和操作2，该操作为过滤，过滤时需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒，故答案为：烧杯、漏斗和玻璃棒；（3）三氧化钼溶于氢氧化钠溶液生成钼酸钠和水，结合步骤②的产物钼酸铵可知钼酸钠化学式为：Na2MoO4；（4）根据、知，生成（CO+H2）体积是消耗甲烷体积的4倍，CO和氢气还原MoO3制钼时，每个分子CO和H2 失去电子数相同，含甲烷体积分数为80%的aL（标准状况）天然气与足量二氧化碳和水蒸气的混合物在高温下反应，甲烷转化率为90%，则甲烷转化的物质的量==0.0321amol，则生成CO和氢气物质的量之和为0.1284amol，根据转移电子守恒得生成Mo的质量=(0.1284a×)×96g/mol=4.11ag，故答案为：4.11ag。6．钼酸钠（Na2MoO4）是一种冷却水系统的金属缓蚀剂，工业上利用钼精矿（主要成分为MoS2）制备金属钼和钼酸钠晶体的流程如下图所示。回答下列问题：(1)如果在空气中焙烧1molMoS2时，S转移12mol电子，则MoS2中钼元素的化合价为_________；焙烧的产物除MoO3外的另一种是_________，产生的尾气对环境的主要危害是____________________________。(2)若在实验室中进行操作2，则从钼酸钠溶液中得到钼酸钠晶体的操作步骤是____________________，过滤、洗涤、干燥。(3)钼精矿中MoS2含量的测定：取钼精矿16g，经在空气中焙烧、操作1、操作2得到钼酸钠晶体（Na2MoO4·2H2O）12.1g，钼精矿中MoS2的质量分数为_________________________。（已知MoS2的相对分子质量为160，Na2MoO4·2H2O的相对分子质量为242）。(4)操作3发生反应的离子方程式为__________________________________________________。(5)用镍、钼作电极电解浓NaOH溶液制备钼酸钠（Na2MoO4）的装置如图甲所示。b电极的材料为_______（填“镍”或“钼”），其电极反应式为_________________________________________________。 (6)某温度下，BaMoO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图乙所示，该温度下BaMoO4的Ksp为____________。【答案】(1)+4SO2形成酸雨(2)加热浓缩（或蒸发浓缩）、冷却结晶(3)50％(4)MoS2+6OH－+9ClO－=MoO42—+2SO42—+9Cl—+3H2O(5)钼Mo－6e－+8OH—=MoO42—+4H2O(6)4×10－8【分析】灼烧钼精矿，MoS2燃烧，反应方程式为2MoS2+7O22MoO3+4SO2，碱性条件下，MoO3和NaOH溶液反应，反应方程式为MoO3+2OH－=MoO42－+H2O，操作1是过滤，溶液中的溶质为Na2MoO4，操作2是将溶液蒸发浓缩、冷却结晶，然后重结晶得到Na2MoO4.2H2O；钼精矿，碱溶并用NaClO氧化，操作3，过滤也得到Na2MoO4与足量硫酸反应生成钼酸，高温灼烧钼酸生成MoO3，氢气还原MoO3得到Mo。【解析】（1）如果在空气中焙烧1molMoS2时，S转移12mol电子，根据电子守恒：(+4-x)×2=12，x=-2,则MoS2中硫元素为-2价，钼元素的化合价为+4；焙烧的产物除MoO3外的另一种是SO2，产生的尾气对环境的主要危害是形成酸雨。故答案为：+4；SO2；形成酸雨；（2）在实验室中进行操作2，从钼酸钠溶液中得到钼酸钠晶体的操作步骤是加热浓缩（或蒸发浓缩）、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥。故答案为：加热浓缩（或蒸发浓缩）、冷却结晶；（3）由关系式 160:16ω=242:12.1g，ω=0.5，钼精矿中MoS2的质量分数为50％。故答案为：50％；（4）操作3在碱性条件下，NaClO将MoS2氧化生成MoO42—和SO42—，发生反应的离子方程式为MoS2+6OH－+9ClO－=MoO42—+2SO42—+9Cl—+3H2O。故答案为：MoS2+6OH－+9ClO－=MoO42—+2SO42—+9Cl—+3H2O；（5）b与电源正极相连，为阳极，b电极的材料为钼发生氧化反应，其电极反应式为Mo－6e－+8OH—=MoO42—+4H2O。故答案为：钼；Mo－6e－+8OH—=MoO42—+4H2O；（6）由图乙：某温度下，BaMoO4的Ksp为c(Ba2＋)c(MoO42－)==2×10－4×2×10－4=4×10－8。故答案为：4×10－8。