Question

回收利用废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），最新一种离子交换法回收钒工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

回答下列问题：
（1）工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为

 

．
（2）滤液中含钒的主要成分为

 

 （填化学式）．
（3）该工艺中反应①的化学方程式为

 

；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度．根据如图判断最佳控制氯化铵系数和温度分别为

 

、

 

．
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，反应方程式为2VO

+ 2

+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，其中n、m分别为

 

、

 

．

Answer 1

分析：（1）铝热反应中铝做还原剂，金属的氧化物做氧化剂，据此进行分析；
（2）根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分；
（3）反应①是利用亚硫酸钠在酸性溶液中的还原性把难溶的V₂O₅转化为易溶于水的VOSO₄便于钒的提取，据此写出反应的化学方程式；根据题中图象分析坐标系中表示的含义，结合图中的沉矾率与沉淀温度关系选择最佳温度，再根据沉矾率与氯化铵系数选择最佳的氯化铵系数；
（4）离子方程式中一定满足质量守恒和电荷守恒，先根据电荷守恒计算出n，再根据氢原子质量守恒计算出m．

解答：解：（1）工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，铝热反应中铝为还原剂，则金属的氧化物被还原，在反应中作氧化剂，所以氧化剂为V₂O₅，
故答案为：V₂O₅ ；
（2）废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣，由于V₂O₅为难溶物，所以滤液中含钒的主要成分为VOSO₄，
故答案为：VOSO₄ ；
（3）反应①的目的是把难溶的五氧化二钒还原为溶于水的VOSO₄，该反应的化学方程式为：V₂O₅+Na₂SO₃+2H₂SO₄═VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O；工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度，根据沉钒率与沉淀温度的图象可知，在80℃时沉矾率最高为98%，再根据氯化铵系数与沉钒率可知，氯化铵系数为4时沉钒率最高，所以最佳控制氯化铵系数和温度分别为：4，80℃，
故答案为：V₂O₅+Na₂SO₃+2H₂SO₄═VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O； 4； 80℃；
（4）2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，根据电荷守恒，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根据氢原子质量守恒看得：2+2=2m，则m=2，
故答案为：2；2．

点评：本题考查了金属的回收与资源保护、铝热反应原理、氧化还原反应配平等知识，题目难度中等，正确分析、理解工业流程是解题关键，注意明确铝热反应原理及电荷守恒、质量守恒在配平反应方程式中的应用．