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【题目】五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业,用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用的催化剂等。为回收利用含钒催化剂,研制了一种利用废催化剂(含有V2O5VOSO4、不溶性硅酸盐)回收V2O5的新工艺流程如下:

已知:①部分含钒物质常温下在水中的溶解性如表所示:

物质

VOSO4

V2O5

NH4VO3

(VO2)2SO4

溶解性

可溶

难溶

难溶

易溶

VO22OHVO3H2O

回答下列问题:

1)用水浸泡废催化剂,为了提高单位时间内废钒的浸出率,可以采取的措施为____________(写一条)。

2)滤液1和滤液2中钒的存在形式相同,其存在形式为____________(填离子符号)。

3)在滤渣1中加入Na2SO3和过量H2SO4溶液发生反应的化学方程式为____________

4)生成VO2的反应中消耗1molKClO3时转移6mol电子,该反应的离子方程式为____________

5)在第步中需要加入氨水,请结合化学用语,用平衡移动原理解释加入氨水的一种作用为____________

6)最后钒以NH4VO3的形式沉淀出来。以沉钒率(NH4VO3沉淀中V的质量和废催化剂V的质量之比)表示该步反应钒的回收率。请结合如图解释在第步中温度超过80°C以后,沉钒率下降的可能原因是________________________(写两条)。

7)该工艺流程中可以循环利用的物质为____________

8)测定产品中V2O5的纯度:

称取ag产品,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溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点,消耗KMnO4溶液的体积为b2mL。已知MnO4被还原为Mn2+,假设杂质不参与反应。则产品中V2O5(摩尔质量:182g·mol1)的质量分数是____________。(列出计算式)

【答案】粉碎废钒;搅拌;适当升温 (任意答一条正确措施) VO2 V2O5Na2SO32H2SO4===2VOSO4Na2SO42H2O 6VO2ClO3 3H2O=== 6VO2 Cl 6H 作用1:溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O,加入氨水,使OH-浓度增大,该平衡正移,从而使VO2+尽可能都转化为VO3- 或作用2:溶液中存在平衡:NH4VO3(s) NH4+ (aq)+VO3(aq), 加入氨水,使NH4+浓度增大,该平衡逆移,从而使NH4VO3尽可能沉淀析出(任意答出一种作用) 原因1:温度升高,NH4VO3溶解度增大,沉钒率下降或原因2:温度升高,氨水受热分解逸出溶液,使NH4+浓度下降,沉钒率下降 原因3:温度升高,氨水受热分解逸出溶液,使OH-浓度下降,VO2++2OH-VO3-+H2O,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降或原因4:平衡VO2++2OH-VO3-+H2O,正反应可能是放热反应,温度升高,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降。(任意答出2种原因) 氨水或NH3H2O 100%

【解析】

生产流程:废钒催化剂(主要成分含有V2O5VOSO4、不溶性硅酸盐),据物质的水溶性确定,V2O5难溶于水,即为得到的滤渣亚硫酸根具有还原性,酸性条件下,能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子,离子反应方程式为:V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O,过滤得到滤渣为不溶性硅酸盐,强酸性浸出液含有VO2+Na+SO42-,氯酸钾具有氧化性,能将VO2+氧化为VO2+,加入氨水,调节溶液pH到最佳值,得到NH4VO3,最后焙烧得到五氧化二钒即可,以此解答。

(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间等措施;

(2)VOSO4(VO2)2SO4能够溶解在水中,故滤液1中钒的存在形式是:VO2V2O5NH4VO3在水中不溶解,存在于滤渣中,加入Na2SO3V2O5作氧化剂,SO32-作还原剂,反应的离子方程式为V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O,滤液2中钒的存在形式是:VO2

(3)依题意,在滤渣1中加入Na2SO3和过量H2SO4溶液,V2O5作氧化剂,SO32-作还原剂,反应的离子方程式为V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O

(4) VO2+KClO3反应中,生成物为VO2+VO2+V化合价升高做还原剂,KClO3Cl化合价降低做氧化剂,已知消耗1molKClO3时转移6mol电子,可知KClO3Cl元素化合价降低为-1价,则离子方程式为:6VO2ClO33H2O=== 6VO2Cl6H

(5)溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O,氨水呈碱性,加入氨水,使OH-浓度增大,该平衡正移,从而使VO2+尽可能都转化为VO3-或者溶液中存在平衡: NH4VO3(s) NH4+ (aq) +VO3-(aq),加入氨水,使NH4+浓度增大,该平衡逆移,从而使NH4VO3尽可能沉淀析出;

(6)温度越高,物质的溶解度越大,所以温度升高,NH4VO3溶解度增大,沉钒率下降或温度升高,氨气容易溢出,氨水受热分解逸出溶液,使OH-浓度下降,VO2++2OH-VO3-+H2O,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降;温度升高,氨水受热分解逸出溶液,使OH-浓度下降,VO2++2OH-VO3-+H2O,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降或针对平衡:VO2++2OH-VO3-+H2O,正反应可能是放热反应,温度升高,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降;

(7)该流程中需要加入氨水沉钒,最后一步加热NH4VO3又会有氨气产生,故该工艺流程中可以循环利用的物质为:氨水或NH3H2O

(8)根据元素化合价升降相同,滴定过程有5(NH4)2Fe(SO4)2KMnO4,则过量的 (NH4)2Fe(SO4)2物质的量为5n(KMnO4)=5×b2C2103mol,则与(VO2)2SO4溶液反应的 (NH4)2Fe(SO4)2物质的量为(b1c15b2C2)×103mol,根据钒元素守恒,则有V2O52VO2+2(NH4)2Fe(SO4)2,故n(V2O5)=(b1c15b2C2)×103mol,则产品中V2O5的质最分数是=100%

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LiBH元素的电负性由大到小的排列顺序为 ___________

(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。

LiH中,离子半径:Li+ ___________(“>”“=”“<”)H-

②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如表所示:

738

1451

7733

10540

13630

M ______________ (填元素符号)

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已知事实

推论

A

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所有的卤代烃都能发生消去反应

B

乙烯分子内所有原子在同一平面上

丙烯分子内所有原子在同一平面上

C

乙烯在空气中燃烧有黑烟

苯在空气中燃烧产生的烟更浓

D

烷烃的含碳量随碳原子数的增大而增大

炔烃的含碳量随碳原子数的增大而增大

A.AB.BC.CD.D

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