题目内容

【题目】工业上用含三价钒（V2O3）为主的某石煤为原料（含有Al2O3、CaO等杂质），钙化法焙烧制备V2O5，其流程如下：

【资料】：+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系：

pH

4~6

6~8

8~10

10~12

主要离子

VO2+

VO3

V2O74

VO43

（1）焙烧：向石煤中加生石灰焙烧，将V2O3转化为Ca(VO3)2的化学方程式是______。

（2）酸浸： ① Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若焙砂酸浸时溶液的pH＝4，Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式是______。

② 酸度对钒和铝的溶解量的影响如图所示：酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%，根据如图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是______。

（3）转沉：将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体，其流程如下：

① 浸出液中加入石灰乳的作用是______。

② 已知CaCO3的溶解度小于Ca3(VO4)2。向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液，可使钒从沉淀中溶出。结合化学用语，用平衡移动原理解释其原因：______。

③ 向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。当pH＞8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是______。

（4）测定产品中V2O5的纯度：

称取a g产品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1 mL c1 mol·L1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液（VO2+ + 2H+ + Fe2+ == VO2+ + Fe3+ + H2O）。最后用c2 mol·L1 KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点，消耗KMnO4溶液的体积为b2 mL。已知 MnO4被还原为Mn2+，假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是______。（V2O5的摩尔质量：182 g·mol1）

【答案】 CaO + O2 + V2O3 ==== Ca(VO3)2 Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O 酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大 调节溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀（富集钒元素） Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ，(NH4)2CO3溶液中的CO32与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，平衡正向移动，使钒从沉淀中溶出 pH＞8时，钒的主要存在形式不是VO3 91(c1b1-5c2b2)/(1000a)

【解析】（1）根据反应流程：向石煤中加生石灰焙烧，V2O3与氧化钙和氧气反应生成Ca(VO3)2，化学方程式是CaO + O2 + V2O3 Ca(VO3)2 ；正确答案：CaO + O2 + V2O3 Ca(VO3)2 。

（2）①根据信息可知：pH在4~6之间，生成VO2+，所以Ca(VO3)2与盐酸反应离子方程式是：Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O ；正确答案：Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O。

②根据图像变化可知：酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大，因此酸浸时不选择更高酸度；正确答案：酸度大于3.2％时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大。

（3）①浸出液中含有VO43—，加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀，便于钒元素的富集；正确答案：调节溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀（富集钒元素）。

② Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq)，(NH4)2CO3溶液中的CO32与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，平衡正向移动，使钒从沉淀中溶出；因此向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液，可使钒从沉淀中溶出；正确答案：Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ，(NH4)2CO3溶液中的CO32与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，平衡正向移动，使钒从沉淀中溶出。

③ 根据信息可知：pH＞8时，钒的主要存在形式为V2O74或VO43—等，不是VO3 ，NH4VO3的产量明显降低；正确答案：pH＞8时，钒的主要存在形式不是VO3 。

（4）高锰酸钾氧化亚铁离子变为铁离子，根据反应规律：MnO4--- 5Fe2+，消耗KMnO4的量b2×10-3×c2 mol，则消耗亚铁离子的量为5b2×10-3×c2 mol，再根据VO2+ -- Fe2+关系可知，用来还原VO2+的亚铁离子的量为b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol，因此VO2+ 的量为b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol，产品中V2O5的量为1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2) mol, 产品中V2O5的质量为1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2)×182=91(c1b1-5c2b2) ×10-3g，则产品中V2O5的质量分数是91(c1b1-5c2b2)/(1000a)；正确答案：91(c1b1-5c2b2)/(1000a)。

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①写出Na2O2作供氧剂的化学反应方程式____________；

②使酚酞溶液变红是因为________，红色褪去的可能原因是___________；

③加入MnO2反应的化学方程式为____________；

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步骤1：按上图组装仪器(图中夹持仪器省略)，检查气密性，装入药品。

步骤2：打开K1、K2，产生的氢气流经装有Na2O2的硬质玻璃管，一段时间后没有任何现象。

步骤3： ，开始加热，观察到硬质玻璃管内Na2O2开始熔化，淡黄色的粉末变成了白色固体，干燥管内硫酸铜未变蓝色。

步骤4：反应后撤去酒精灯，待硬质玻璃管冷却后关闭K1。

①添加稀盐酸的仪器名称是______，B装置的作用_________。

②步骤3在点燃C处酒精灯前必须进行的操作是______________；

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相关数据如下：

容器

编号

起始时各物质的物质的量/mol

达平衡过程体系的能量变化

CO

H2O

CO2

H2O

①

1

4

0

0

放出热量：32.8 kJ

②

0

0

1

4

热量变化：Q

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