Question

隨著材料科學的發展，金屬釩被譽為“合金的維生素”．為回收利用含釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝．
己知：V可形成VO²⁺、VO₂⁺、VO₃^-等多種離子；部分含釩物質在水中的溶解性如下表所示：

物質	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

該工藝的主要流程如下：

請回答下列問題
（1）工業上常用鋁熱反應法由V₂O₅冶煉金屬釩，請寫出反應的化學方程式

 

．
（2）反應①的離子方程式是

 

．
（3）在反應②中，每生成1mol（VO₂）₂SO₄轉移電子的數目為

 

．
（4）在離子交換過程中，發生可逆反應VO₂⁺+2OH^-?VO₃^-+H₂O．
該反應的化學平衡常數K 的表達式為

 

．
（5）反應③充分反應后，分離出NH₄VO₃的實驗所需主要玻璃儀器為

 

，為保證產品純度，還應進行的操作名稱是

 

．

Answer 1

分析：（1）鋁熱反應中，高溫條件下，鋁和氧化物反應生成氧化鋁和另外的金屬單質；
（2）根據溶解性表知，濾渣是V₂O₅，酸性條件下，V₂O₅和亞硫酸鈉發生氧化還原反應生成VOSO₄；
（3）VOSO₄有強氧化性，能把氯酸鉀氧化，自身被還原成（VO₂）₂SO₄，根據（VO₂）₂SO₄和轉移電子之間的關系式計算；
（4）化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
（5）根據過濾操需要的儀器選擇，為防止有可溶性的雜質要進行洗滌．

解答：解：（1）鋁和五氧化二釩發生鋁熱反應的方程式為：3V₂O₅+10Al 

高溫  .

6V+5Al₂O₃，故答案為：3V₂O₅+10Al 

高溫  .

6V+5Al₂O₃；
（2）根據溶解性表知，濾渣是V₂O₅，酸性條件下，V₂O₅和亞硫酸鈉發生氧化還原反應生成VOSO₄，離子反應方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺═2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺═2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）2VOSO₄→（VO₂）₂SO₄，每生成1mol（VO₂）₂SO₄轉移2N_A個電子，故答案為：2N_A；
（4）K=

c(VO3-)

c2(OH-)．c(VO2+)

，故答案為：

c(VO3-)

c2(OH-)．c(VO2+)

；
（5）分離不溶性固體和液體采用過濾的方法，過濾過程中需要的玻璃儀器有：玻璃棒、漏斗、燒杯，為防止有可溶性的雜質要進行洗滌沉淀，
故答案為：玻璃棒，漏斗，燒杯；沉淀洗滌．

點評：本題考查離子方程式的書寫、鋁熱反應、氧化還原反應等知識點，注意化學平衡常數表達式中不能含有固體或純液體，為易錯點．