Question

3．為回收利用廢釩催化劑（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，主要流程如下：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下：

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

（1）圖中所示濾液中含釩的主要成分為VOSO₄（寫(xiě)化學(xué)式）．
（2）該工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，該步反應(yīng)的離子方程式NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)（NH₄Cl加入質(zhì)量與料液中V₂O₅的質(zhì)量比）和溫度．根據(jù)如圖判斷最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度為4和80℃．

（3）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液和（VO₂）₂SO₄溶液反應(yīng)，以測(cè)定反應(yīng)②后溶液中含釩量，完成反應(yīng)的離子方程式為：□VO₂⁺+□H₂C₂O₄+□2H⁺=□VO²⁺+□CO₂↑+□H₂O
（4）全礬液流電池的電解質(zhì)溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為：VO₂⁺+V²⁺+2H⁺ $?_{充電}^{放電}$VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

Answer 1

分析 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）廢釩催化劑的組成及表中數(shù)據(jù)判斷濾液主要成分分析，VOSO₄為可溶性物質(zhì)；
（2）該工藝中反應(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)圖知，在80℃、氯化銨系數(shù)為4時(shí)沉降率最大；
（3）該反應(yīng)中V元素化合價(jià)由+5價(jià)變?yōu)?4價(jià)、C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2，再結(jié)合原子守恒、電荷守恒配平方程式；
（4）全礬液流電池的電解質(zhì)溶液為VOSO₄溶液，根據(jù)電池的工作原理，電池充電時(shí)陽(yáng)極上VO²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：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）廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘?jiān)�，由于V₂O₅為難溶物，VOSO₄為可溶性物質(zhì)，所以濾液中含釩的主要成分為VOSO₄，
故答案為：VOSO₄ ；
（2）根據(jù)NH₄VO₃難溶于水，利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀VO₃^-，離子方程式為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
根據(jù)沉釩率與沉淀溫度的圖象可知，在80℃時(shí)沉礬率最高為98%，再根據(jù)氯化銨系數(shù)與沉釩率可知，氯化銨系數(shù)為4時(shí)沉釩率最高，所以最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度分別為：4、80℃，
故答案為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓； 4；80℃；
（3）該反應(yīng)中V元素化合價(jià)由+5價(jià)變?yōu)?4價(jià)、C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2，再結(jié)合原子守恒、電荷守恒配平方程式為2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O，故答案為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O；
（4）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，
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、原電池和電解池原理等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)基本操作，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．