Question

【題目】五氧化二釩廣泛用于冶金、化工等行業，用作合金添加劑、生產硫酸或石油精煉用的催化劑等。為回收利用含釩催化劑，研制了一種利用廢催化劑（含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸鹽）回收V2O5的新工藝流程如下：

已知：①部分含釩物質常溫下在水中的溶解性如表所示：

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

②VO2＋＋2OH－VO3－＋H2O

回答下列問題：

（1）用水浸泡廢催化劑，為了提高單位時間內廢釩的浸出率，可以采取的措施為____________（寫一條）。

（2）濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，其存在形式為____________（填離子符號）。

（3）在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液發生反應的化學方程式為____________。

（4）生成VO2＋的反應中消耗1molKClO3時轉移6mol電子，該反應的離子方程式為____________。

（5）在第Ⅱ步中需要加入氨水，請結合化學用語，用平衡移動原理解釋加入氨水的一種作用為____________。

（6）最后釩以NH4VO3的形式沉淀出來。以沉釩率（NH4VO3沉淀中V的質量和廢催化劑V的質量之比）表示該步反應釩的回收率。請結合如圖解釋在第Ⅱ步中溫度超過80°C以后，沉釩率下降的可能原因是____________；____________（寫兩條）。

（7）該工藝流程中可以循環利用的物質為____________。

（8）測定產品中V2O5的純度：

稱取ag產品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1mLc1mol·L1(NH4)2Fe(SO4)2溶液（VO2＋+2H＋+Fe2＋==VO2＋+Fe3＋+H2O）。最后用c2mol·L1KMnO4溶液滴定過量的(NH4)2Fe(SO4)2至終點，消耗KMnO4溶液的體積為b2mL。已知MnO4－被還原為Mn2+，假設雜質不參與反應。則產品中V2O5（摩爾質量：182g·mol1）的質量分數是____________。（列出計算式）

Answer 1

【答案】粉碎廢釩；攪拌；適當升溫 （任意答一條正確措施） VO2＋ V2O5＋Na2SO3＋2H2SO4===2VOSO4＋Na2SO4＋2H2O 6VO2＋＋ClO3－＋ 3H2O=== 6VO2＋＋ Cl－＋ 6H＋ 作用1：溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O，加入氨水，使OH-濃度增大，該平衡正移，從而使VO2+盡可能都轉化為VO3- 或作用2：溶液中存在平衡：NH4VO3(s) NH4+ (aq)＋+VO3—(aq), 加入氨水，使NH4+濃度增大，該平衡逆移，從而使NH4VO3盡可能沉淀析出（任意答出一種作用） 原因1：溫度升高，NH4VO3溶解度增大，沉釩率下降或原因2：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使NH4+濃度下降，沉釩率下降 原因3：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降或原因4：平衡VO2++2OH-VO3-+H2O，正反應可能是放熱反應，溫度升高，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。（任意答出2種原因） 氨水或NH3和H2O 100%

【解析】

生產流程：廢釩催化劑（主要成分含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸鹽），據物質的水溶性確定，V2O5難溶于水，即為得到的濾渣亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應方程式為：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，過濾得到濾渣為不溶性硅酸鹽，強酸性浸出液含有VO2+、Na+、SO42-，氯酸鉀具有氧化性，能將VO2+氧化為VO2+，加入氨水，調節溶液pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙燒得到五氧化二釩即可，以此解答。

(1)水浸時，為了提高廢釩的浸出率，除了粉碎，還可以采取的措施攪拌、適當升高溫度、延長浸泡時間等措施；

(2)VOSO4和(VO2)2SO4能夠溶解在水中，故濾液1中釩的存在形式是：VO2＋；V2O5和NH4VO3在水中不溶解，存在于濾渣中，加入Na2SO3，V2O5作氧化劑，SO32-作還原劑，反應的離子方程式為V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，濾液2中釩的存在形式是：VO2＋；

(3)依題意，在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液，V2O5作氧化劑，SO32-作還原劑，反應的離子方程式為V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；

(4) VO2+和KClO3反應中，生成物為VO2+，VO2+中V化合價升高做還原劑，KClO3中Cl化合價降低做氧化劑，已知消耗1molKClO3時轉移6mol電子，可知KClO3中Cl元素化合價降低為-1價，則離子方程式為：6VO2＋＋ClO3－＋3H2O=== 6VO2＋＋Cl－＋6H＋；

(5)溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O，氨水呈堿性，加入氨水，使OH-濃度增大，該平衡正移，從而使VO2+盡可能都轉化為VO3-或者溶液中存在平衡: NH4VO3(s) NH4+ (aq)＋ +VO3-(aq)，加入氨水，使NH4+濃度增大，該平衡逆移，從而使NH4VO3盡可能沉淀析出；

(6)溫度越高，物質的溶解度越大，所以溫度升高，NH4VO3溶解度增大，沉釩率下降或溫度升高，氨氣容易溢出，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降；溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降或針對平衡：VO2++2OH-VO3-+H2O，正反應可能是放熱反應，溫度升高，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降；

(7)該流程中需要加入氨水沉釩，最后一步加熱NH4VO3又會有氨氣產生，故該工藝流程中可以循環利用的物質為：氨水或NH3和H2O；

(8)根據元素化合價升降相同，滴定過程有5(NH4)2Fe(SO4)2KMnO4,則過量的 (NH4)2Fe(SO4)2物質的量為5n(KMnO4)=5×b2C2103mol，則與(VO2)2SO4溶液反應的 (NH4)2Fe(SO4)2物質的量為(b1c15b2C2)×103mol，根據釩元素守恒，則有V2O52VO2+2(NH4)2Fe(SO4)2，故n(V2O5)=(b1c15b2C2)×103mol，則產品中V2O5的質最分數是=100%。