Question

【题目】五氧化二钒(V2O5)为强氧化剂，易被还原成各种低价氧化物，在工业生产中常用作催化剂，即触媒。实验室以含钒废料(含V2O3、CuO、MnO、SiO2、Al2O3、有机物)为原料制备V2O5的一种流程如图：

已知I.25℃时，难溶电解质的溶度积常数如表所示：

II.NH4VO3在水中的溶解度：20℃、4.8g·L-1；60℃、24.2g·L-1。

回答下列问题：

（1）“焙烧”的目的是__。

（2）“滤渣1”的用途为__(写出一种即可)。

（3）滤渣2成分为__。通过列式计算说明，常温下，若“调pH”为6，Cu2+是否沉淀完全__。(溶液中离子浓度小于10-5mol·L-1时，认为该离子沉淀完全)

（4）“沉锰”需将温度控制在70°C左右，温度不能过高或过低的原因为___。

（5）滤渣3成分为MnCO3，请写出“沉锰”的离子方程式__。

（6）V2O5最重要的应用是在接触法制硫酸时，作SO2氧化为SO3的催化剂。该催化反应中VO2为中间产物，请用化学方程式表示该催化过程：__、__。

Answer 1

【答案】除去有机物，将V2O3氧化成V2O5 制坩埚、制光导纤维、制玻璃(写出一种即可) Al(OH)3、Cu(OH)2 pH=6时，c(H+)=10-6mol/L，c(OH-)=mol/L=10-8mol/L，因为Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，此时有：c(Cu2+)×(10-8)2=2.2×10-20，c(Cu2+)==2.2×10-4﹥10-5，所以未完全沉淀 温度过高，碳酸氢铵分解，原料利用率低，温度过低，反应速率慢，NH4VO3可能提前析出导致产率低 2HCO3-+Mn2+=MnCO3↓+H2O+CO2↑ V2O5+SO2= 2VO2+SO3 4VO2+O2=2V2O5

【解析】

将钒废料(含V2O3、CuO、MnO、SiO2、Al2O3、有机物)进行焙烧除去有机物，加硫酸进行溶解，SiO2不溶于硫酸，过滤除去，加合适的药品调pH除去Cu2+和Al3+，接下来利用碳酸氢铵把Mn2+沉淀，然后过滤除去，加硫酸铵得到硫酸铵和NH4VO3的混合溶液，利用溶解性不同浓缩结晶后过滤得到NH4VO3，煅烧NH4VO3得到V2O5，据此分析解得。

（1）一方面，通过焙烧，有机物燃烧除去了，另一方面，从整个流程看，在没有加氧化剂的情况下V从V2O3中的+3价变成了最后的+5价，所以焙烧还有一个目的，将V2O3氧化成V2O5，故答案为：除去有机物，将V2O3氧化成V2O5；

（2）由分析可得出“滤渣1”主要成分是二氧化硅，可以用来制坩埚、制光导纤维、制玻璃等，故答案为：制坩埚、制光导纤维、制玻璃(写出一种即可)；

（3）对比调pH前后，溶液中少了Cu2+和Al3+，说明Cu2+和Al3+被沉淀除去了，所以滤渣2成分为：Al(OH)3、Cu(OH)2。pH=6时，c(H+)=10-6mol/L，c(OH-)=mol/L=10-8mol/L，因为Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，此时有：c(Cu2+)×(10-8)2=2.2×10-20，c(Cu2+)==2.2×10-4﹥10-5，所以未完全沉淀，故答案为：Al(OH)3、Cu(OH)2；pH=6时，c(H+)=10-6mol/L，c(OH-)=mol/L=10-8mol/L，因为Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，此时有：c(Cu2+)×(10-8)2=2.2×10-20，c(Cu2+)=2.2×10-4﹥10-5，所以未完全沉淀；

（4）温度过高，碳酸氢铵分解，原料利用率低，温度过低，反应速率慢，NH4VO3可能提前析出导致产率低，故答案为：温度过高，碳酸氢铵分解，原料利用率低，温度过低，反应速率慢，NH4VO3可能提前析出导致产率低；

（5）根据电荷守恒有：2HCO3-+Mn2+=MnCO3↓+H2O+CO2↑，故答案为：2HCO3-+Mn2+=MnCO3↓+H2O+CO2↑；

（6）VO2是中间产物，从V2O5到VO2，V从+5价降低到+4价，被还原，SO2做还原剂，自身被氧化成SO3，所以第一步为V2O5+SO2= 2VO2+SO3，接下来，2被氧气氧化为V2O5，所以第二步为4VO2+O2=2V2O5，故答案为：V2O5+SO2= 2VO2+SO3；4VO2+O2=2V2O5。