Question

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并被譽為“合金維生素”．工業(yè)上回收廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中釩的主要流程如下：

已知：（1）V₂O₅和NH₄VO₃均為難溶物，VOSO₄和（VO₂）₂SO₄均為易溶物．
（2）2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O
回答下列問題：
（1）步驟①前，粉碎的目的是

 

．
（2）步驟②中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（3）步驟③的變化過程可簡化為（HA表示有機萃取劑）：
VOSO₄（水層）+2HA（有機層）?VOA₂（有機層）+H₂SO₄（水層），則步驟④中可選擇硫酸作反萃取的原因是

 

．
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以測定操作⑤后溶液中含釩量的步驟為：取10.0mL 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液于錐形瓶中，加入指標(biāo)劑，將待測液盛放在滴定管中，滴定到終點時，消耗待測液的體積為10.0mL，由此可知（VO₂）₂SO₄溶液釩元素的含量為

 

g/L．
（5）V₂O₅可用金屬（如Ca、Al）熱還原法獲得釩，則金屬鋁熱還原制得釩的化學(xué)方程式為

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：生產(chǎn)流程：廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等），據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂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(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進平衡正向進行；加入硫酸抑制平衡正向進行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來回答；
（2）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，據(jù)此書寫離子方程式；
（3）反萃取時加入的硫酸試劑是抑制平衡正向進行；
（4）根據(jù)反應(yīng)方程式2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O進行計算；
（5）金屬鋁和礬的氧化物反應(yīng)得到金屬釩和氧化鋁，據(jù)此書寫方程式．

解答： 解：生產(chǎn)流程：廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等），據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂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(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進平衡正向進行；加入硫酸抑制平衡正向進行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）將固體粉碎，增加固體的表面積，可以加快浸出速率，故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率；
（2）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(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）反萃取時分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機層）?VOA₂（有機層）+H₂SO₄（水層），加入硫酸抑制平衡正向進行，使VOSO₄進入水層；
故答案為：加入硫酸使平衡向左移動，使VOSO₄進入水層；
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，反應(yīng)方程式為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O，設(shè)（VO₂）₂SO₄溶液中含有V元素物質(zhì)的量是n，則：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O
         2       1   
         n     0.010L×0.1mol/L                                   

2

n

=

1

0.010L×0.1mol/L

，解得n=0.002mol，1L（VO₂）₂SO₄溶液中釩元素的含量為：0.002mol×100×51g/mol=10.2g，即釩元素的含量為10.2g/L，故答案為：10.2g/L；
（5）金屬鋁熱還原制得釩的原理是：金屬鋁和礬的氧化物反應(yīng)得到金屬釩和氧化鋁，其化學(xué)方程式為：3V₂O₅+10Al

高溫  .

6V+5Al₂O₃，故答案為：3V₂O₅+10Al

高溫  .

6V+5Al₂O₃．

點評：本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗設(shè)計的方法應(yīng)用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．