Question

10．钼酸钠晶体（ Na₂MoO₄•2H₂O）是一种无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂．工业上利用钼精矿（主要成分是不溶于水的MoS₂）制备钼酸钠的两种途径如图1所示：

（1）钼和锆同属过渡金属，锆元素是核反应堆燃料棒的包裹材料，锆合金在高温下与水蒸气反应产生氢气，二氧化锆可以制造耐高温纳米陶瓷．下列关于锆、二氧化锆的叙述中，正确的是B（填序号）
A．锆合金比纯锆的熔点高，硬度小
B．二氧化锆陶瓷属于新型无机非金属材料
C．将一束光线通过纳米级二氧化锆会产生一条光亮的通路
（2）①途径I碱浸时发生反应的离子方程式为MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑．
②途径Ⅱ氧化时发生反应的离子方程式为MnS₂+9ClO^-+6OH^-=MoO₄^2-+9Cl^-+2SO₄^2-+3H₂O．
（3）分析纯的钼酸钠常用四钼酸铵[（NH₄）₂MoO₄]和氢氧化钠反应来制取，若将该反应产生的气体与途径I所产生的尾气一起通入水中，得到正盐的化学式是（NH₄）₂CO₃或（NH₄）₂SO₃．
（4）钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂．常温下，碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图：

①要使碳素钢的缓蚀效果最优，钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度比应为1：1．
②当硫酸的浓度大于90%时，腐蚀速率几乎为零，原因是常温下浓硫酸具有强氧化性，会使铁钝化．
（5）锂和二硫化钼形成的二次电池的总反应为：xLi+nMoS₂$?_{充电}^{放电}$Li_x（MoS₂）_n．则电池放电时的正极反应式是：nMoS₂+xLi⁺+xe^-=Li_x（MoS₂）_n．回收使用率为50%的该电池，利用途径I，使所有的Mo转化为钼酸钠晶体，得到a克的Na₂MoO₄•2H₂O（分子量为M），则需要空气（含O₂为20%）在标况下的体积为$\frac{56（14n+x）a}{nM}$L（用x、M、n表示，并化为最简）

Answer 1

分析 利用钼精矿（主要成分是MoS₂）制备钼酸钠有两种途径：途径Ⅰ是先在空气中灼烧生成MnO₃，同时得到对环境有污染的气体SO₂，然后再用纯碱溶液溶解MnO₃，即可得到钼酸钠溶液，最后结晶得到钼酸钠晶体；途径Ⅱ是直接用NaClO溶液在碱性条件下氧化钼精矿得到钼酸钠溶液，结晶后得到钼酸钠晶体；
（1）合金是指由一种金属与其它金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质，合金的硬度大，熔点低，陶瓷属于无机非金属材料，二氧化锆为化合物无丁达尔效应；
（2）①途径I碱浸时MoO₃和纯碱溶液反应生成钼酸钠，同时得到CO₂气体，反应方程式为MoO₃+Na₂CO₃=Na2MoO₄+CO₂↑；
②途径Ⅱ用NaClO在碱性条件下氧化MoO₃，得到钼酸钠和NaCl和水，据此可写出离子反应方程式；
（3）四钼酸铵[（NH₄）₂MoO₄]和氢氧化钠反应可生成NH₃，途径Ⅰ中生成的气体有CO₂和SO₂，将NH₃和CO₂或SO₂一起通入水中可生成碳酸盐或亚硫酸盐和水，反应方程式为CO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂CO₃或NH₃+H₂O+CO₂=NH₄HCO₃，前者生成的盐为正盐，后者为酸式盐；
（4）①根据图象分析，在缓蚀剂中碳钢的腐蚀速率速率最小，腐蚀效果最好，最好的腐蚀效果在中点处；
②浓硫酸有强氧化性，能使金属表面形成致密的氧化膜保护层；
（5）根据电池放电时的正极MoS₂得电子发生还原反应书写；利用途径I，使所有的Mo转化为钼酸钠晶体，根据得失电子守恒计算．

解答 解：（1）A．合金是指由一种金属与其它金属或非金属熔合而成的具有金属特性的混合物．一般说来合金的硬度一般比各成分金属大，多数合金的熔点 低于组成它的成分金属的熔点，所以锆合金比纯锆的熔点低，硬度大，故A错误；
B．陶瓷属于无机非金属材料，二氧化锆陶瓷属于新型无机非金属材料，故B正确；
C．将一束光线通过胶体会产生一条光亮的通路，但二氧化锆为化合物无丁达尔效应，故C错误；
故答案为：B；
（2）①途径I碱浸时发生反应的离子方程式为MoO₃+CO₃^2-=MnO₄^2-+CO₂↑，故答案为：MoO₃+CO₃^2-=MoO₄^2-+CO₂↑；
②途径Ⅱ用NaClO在碱性条件下氧化MoO₃，发生反应的离子方程式为MnS₂+9ClO^-+6OH^-=MoO₄^2-+9Cl^-+2SO₄^2-+3H₂O，故答案为：MoS₂+9ClO^-+6OH^-=MoO₄^2-+9Cl^-+2SO₄^2-+3H₂O；
（3）四钼酸铵[（NH₄）₂MoO₄]和氢氧化钠反应可生成NH₃，途径Ⅰ中生成的气体有CO₂和SO₂，CO₂和NH₃一起通入水中生成的正盐为碳酸铵，化学式为（NH₄）₂CO₃，如果是SO₂气体则生成正盐为（NH₄）₂SO₃，故答案为：（NH₄）₂CO₃或（NH₄）₂SO₃；
（4）①根据图示可知，当钼酸钠、月桂酸肌氨酸浓度相等时，腐蚀速率最小，腐蚀效果最好，即浓度比为1：1，答案为：1：1；
②当硫酸的浓度大于90%时，腐蚀速率几乎为零，原因是常温下浓硫酸具有强氧化性，会使铁钝化，起到防腐蚀作用，
故答案为：常温下浓硫酸具有强氧化性，会使铁钝化；
（5）放电时，正极应是发生还原反应的，从总反应式中找到发生还原反应的物质为MoS₂，而被还原的产物为Li_x（MoS₂）_n，则电极反应式为：nMoS₂+xLi⁺+xe^-=Li_x（MoS₂）_n，a克的Na₂MoO₄•2H₂O（分子量为M）中Mo的物质的量为$\frac{a}{M}$mol，途径I用Li_x（MoS₂）_n，被空气氧化成MoO₃，根据电子得失守恒有关系式$\frac{14n+x}{4}$O₂～nMoO₃，所以需要需要空气（含O₂为20%）在标况下的体积为$\frac{14n+x}{4n}×\frac{a}{M}÷50%÷20%×22.4L$=$\frac{56（14n+x）a}{nM}$L，
故答案为：nMoS₂+xLi⁺+xe^-=Li_x（MoS₂）_n；$\frac{56（14n+x）a}{nM}$．

点评 本题考查制备钼酸钠晶体的工业制备方法，涉及利用化学用语分析反应原理，解题关键是分析题中图示，最后一问有一定的难度，容易出错，本题难度中等．