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,并被譽(yù)為“合金維生素”。工業(yè)上回收廢釩催化劑（含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)�），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，回收率達(dá)91．7%以上。該工藝的主要流程如圖所示：

已知部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下表所示：

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

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)方程式可表示為____。

（2）濾液中含釩的主要成分________（寫化學(xué)式）。反應(yīng)①的離子方程式___________________。

（3）萃取和反萃取過(guò)程中所需的主要玻璃儀器為_____________。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）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，寫出該步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式___________________。“沉淀”過(guò)程中，沉釩率受溫度、氯化銨系數(shù)（NH4Cl的質(zhì)量與調(diào)節(jié)pH之后的料液中VO3-的質(zhì)量比）等的影響，其中溫度與沉釩率的關(guān)系如圖所示，溫度高于80℃沉釩率降低的可能原因是___________________________。

（5）25℃時(shí)，取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系如下表：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

結(jié)合上表，在實(shí)際生產(chǎn)中，③中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH值為____。若礬沉淀率為93.1%時(shí)不產(chǎn)生Fe（OH）3沉淀，則溶液中c（Fe3+）＜_____。（已知：25℃時(shí)，Ksp[Fe（OH）3]＝2.6×10-39）

（6）廢釩催化劑中V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%（原料中的所有釩已換算成V2O5）。取100g此廢釩催化劑按上述流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)加入105mL　0.1molL-1的KClO3溶液時(shí)，溶液中的釩恰好被完全處理，假設(shè)以后各步釩沒(méi)有損失，則該工業(yè)生產(chǎn)中釩的回收率是______________。

Answer 1

【答案】 3V2O5 + 10Al 6V + 5Al2O3 VOSO4 V2O5 + SO32- + 4H+ = 2V02+ +SO42- +2H2O 分液漏斗 NH3·H2O NH4+ + VO3- = NH4VO3 ↓ 溫度高于80℃,導(dǎo)致部分氯化銨分解 1.7～1.8 2.6×10-3mol/L 95.55％

【解析】（1）鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁，反應(yīng)方程式為

（2）因?yàn)?/span>VOSO4可溶，V2O5難溶，所以濾液中含釩的主要成分VOSO4。V2O5具有氧化性，Na2SO3具有還原性，所以反應(yīng)①的離子方程式V2O5 + SO32- + 4H+ = 2V02+ +SO42- +2H2O。

（3）萃取和反萃取過(guò)程中所需的主要玻璃儀器為分液漏斗。若反萃取使用硫酸用量過(guò)大，進(jìn)一步處理會(huì)增加NH3·H2O的用量，造成成本增大

（4）因?yàn)榉磻?yīng)③為 NH4VO3為難溶性物質(zhì)，所以該步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式NH4++ VO3-=NH4VO3。由圖分析80℃之前沉釩率逐漸升高。80℃之后因?yàn)槁然�銨受熱分解了，導(dǎo)致NH4+離子濃度降低了，所以沉釩率逐漸減小。答案：NH4+ + VO3-=NH4VO3，溫度高于80℃,導(dǎo)致部分氯化銨分解。

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷,(5)中加入氨水,調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.7-1.8(或1.7、1.8其中一個(gè)),此時(shí)鋇沉淀率達(dá)到最大,需要調(diào)節(jié)的PH較小;若釩沉淀率為93.1%，時(shí)不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀,此時(shí)PH=2,氫離子濃度=10-2 mol/L ,c(OH-)=10-12 mol/L,則溶液中才c（Fe3+）濃度根據(jù)溶度積計(jì)算Ksp[Fe（OH）3]＝c（Fe3+）. c3 (OH-)=2.6×10-39,,計(jì)算得到c（Fe3+）=2.6×10-3 mol/L,不產(chǎn)生Fe（OH）3沉淀,則溶液中c（Fe3+）<4.0×10-2 mol/L.,因此，本題正確答案是: 1.7-1.8 (或1.7、1.8其中一個(gè));2.6×10-3mol/L.。

（6）根據(jù)題意V2O5+SO32-+4H+ =2V02++SO42-+2H2O,V02+被ClO3-氧化,由ClO3-+6 V02++6H+=6VO3++Cl-+3H2O ,可知

3V2O5～-6V02+～ClO3-

3mol 1mol

n 0.0105mol

解得n=0.0315mol,因此該實(shí)驗(yàn)中釩的回收率=[(0.0315mol×182g/mol )/(100g×6%.)]×100%=95.55％。