Question

【題目】隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為回收利用含釩催化劑（含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)�），科研人員最新研制了一種用離子交換法回收釩的新工藝，回收率達(dá)到91.7%。部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下表所示：

該工藝的主要流程如圖所示：

請(qǐng)問(wèn)答下列問(wèn)題：

（1）工業(yè)上由V2O5冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，其化學(xué)方程式可表示____________，用鋁熱劑法從下列各金屬氧化物中冶煉出各1mol對(duì)應(yīng)的金屬，耗鋁粉的質(zhì)量最多的是________

a．Fe3O4 b．Ni2O3 c．V2O5 d．MnO2

（2）反應(yīng)①的化學(xué)方程式為_________________________

（3）若反萃取使用硫酸用量過(guò)大，進(jìn)一步處理會(huì)增加_______（填化學(xué)式）的用量，造成成本增大。

（4）反應(yīng)②的化學(xué)方程式為：KClO3+6VOSO4+3H2O===3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4。若反應(yīng)①用的還原劑與反應(yīng)②用的氧化劑的物質(zhì)的量之比為12︰7，則廢釩催化劑中VOSO4 和V2O5的物質(zhì)的量之比為_____

（5）該工藝反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，寫(xiě)出該步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_

（6）用已知濃度的酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液，以測(cè)定反應(yīng)②后溶液中的含釩量，已知該反應(yīng)的還原產(chǎn)物為VO2+，氧化產(chǎn)物為CO2，則該反應(yīng)的離子方程式為：_________________

（7）釩電池是以溶于一定濃度硫酸溶液中不同價(jià)態(tài)的釩離子（V2+、V3+、VO2+、VO2+）為正極和負(fù)極反應(yīng)的活性物質(zhì)，電極均為鉑棒，電池總反應(yīng)為：VO2++V3++H2OV2++VO2++2H+

①放電時(shí)的正極反應(yīng)為_______________________

②充電時(shí)的陰極反應(yīng)為______________________

Answer 1

【答案】3V2O5+10Al6V+5Al2O3 c V2O5+Na2SO3+2H2SO4===2VOSO4+Na2SO4+2H2O NH3·H2O 3︰2 NH4+ +VO3﹣===NH4VO3↓ 2VO2+ +H2C2O4+2H+===2VO2+ +2CO2↑+2H2O VO2++2H++e﹣===VO2++H2O V3++e﹣===V2+

【解析】

廢釩催化劑粉碎、水浸，將溶解性物質(zhì)溶于水，然后過(guò)濾得到濾渣和濾液，根據(jù)溶解性表知，濾液中含有VOSO4，濾渣中含有V2O5等不溶性雜質(zhì)，向?yàn)V渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V2O5還原為VOSO4，然后過(guò)濾得到濾渣和濾液，將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO4氧化為（VO2）2SO4，調(diào)節(jié)溶液pH為8且采用離子交換方法得到VO3-，向溶液中加入氯化銨，得到難溶性的NH4VO3，焙燒NH4VO3得到V2O5。

（1）由V2O5冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，其化學(xué)方程式為3V2O5+10Al6V+5Al2O3。物質(zhì)與轉(zhuǎn)移電子關(guān)系式為：a．Fe3O4～e-～Fe；b．Ni2O3～3e-～Ni；c．V2O5～5e-～V；d．MnO2～4e-～Mn，由得失電子守恒可知，用鋁熱劑法從各金屬氧化物中冶煉出各1mol對(duì)應(yīng)的金屬，耗鋁粉的質(zhì)量最多的是c；

（2）加入硫酸和亞硫酸鈉，目的是利用氧化還原反應(yīng)，用亞硫酸鈉還原V2O5，將V2O5轉(zhuǎn)化為可溶性的VOSO4，便于提純，則反應(yīng)①的化學(xué)方程式為V2O5+Na2SO3+2H2SO4===2VOSO4+Na2SO4+2H2O；

（3）若反萃取使用硫酸用量過(guò)大，就需要用堿來(lái)中和，據(jù)流程圖可知，進(jìn)一步處理會(huì)增加NH3·H2O的用量，造成成本增大；

（4）假設(shè)兩步所用試劑Na2SO3與KC1O3的物質(zhì)的量為12mol：7mol，分別據(jù)兩個(gè)方程式：
Na2SO3 + V2O5 + 2H2SO4 = 2VOSO4 + Na2SO4 + 2H2O
12mol 12mol 24mol

KClO3+6VOSO4+3H2SO4═3（VO）2（SO4）3+KCl+3H2O

7mol 42mol
該催化劑中VOSO4的物質(zhì)的量為42mol-24mol=18mol，因此該催化劑中VOSO4、V2O5的物質(zhì)的量之比為 18mol：12mol=3：2；

（5）該工藝反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，銨根離子和VO3-反應(yīng)生成難溶性的NH4VO3，根據(jù)NH4VO3難溶于水，利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀VO3-，反應(yīng)的離子方程式為NH4+ +VO3﹣===NH4VO3↓；

（6）用酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液，該反應(yīng)的還原產(chǎn)物為VO2+，氧化產(chǎn)物為CO2，根據(jù)化合價(jià)升降配平，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式為：2VO2+ +H2C2O4+2H+===2VO2+ +2CO2↑+2H2O；

（7）①正極反應(yīng)是還原反應(yīng)，由電池總反應(yīng)可知放電時(shí)的正極反應(yīng)為VO2++2H++e﹣===VO2++H2O；

②充電時(shí)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故為V3+得電子生成V2+的反應(yīng)，電極反應(yīng)為V3++e﹣===V2+。