题目内容

随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”．为回收利用含钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上．部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：
物质 VOSO₄ V₂O₅ NH₄VO₃ （VO₂）₂SO₄
溶解性可溶难溶难溶易溶

请回答下列问题：
（1）₂₃V在元素周期表位于第周期族．工业上由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，其用化学方程式表示为．
（2）反应①的目的是．
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，写出该步发生反应的离子方程式．
（4）用酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，写出配平后完整的离子方程式．
VO₂⁺+H₂C₂O₄+H⁺→VO²⁺+ CO₂+．
（5）经过热重分析测得：NH₄VO₃在焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如右图所示．则NH₄VO₃在分解过程中．
A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃
B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同时分解失去H₂O和NH₃
D．同时分解失去H₂、N₂和H₂O．

解：（1）钒核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，处于d区，故钒处于第四周期第ⅤB族；铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V₂O₅+10Al $\text{[math]}$ 6V+5Al₂O₃，
故答案为：四；VB；3V₂O₅+10Al $\text{[math]}$ 6V+5Al₂O₃；
（2）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V₂O₅，将V₂O₅ 转化为可溶性的VOSO₄，便于提纯，
故答案为：将V₂O₅ 转化为可溶性的VOSO₄；
（3）根据NH₄VO₃难溶于水，利用复分解反应沉淀VO₃^-，离子方程式为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
故答案为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；
（4）测定反应②溶液中钒的含量，可用已知浓度的酸化H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，主要产物为CO₂和VOSO₄，根据化合价升降，写出的离子方程为2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2 VO²⁺+2 CO₂↑+2 H₂O，
故答案为：2；1；2；2；2；2H₂O；
（5）根据NH₄VO₃在焙烧变化的图象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g 34g 18g
减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H₂O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH₄VO₃在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案为：B．
分析：（1）钒核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，据此确定在周期表中位置；铝热反应实质是置换反应，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝；
（2）由题意和流程图可知反应①的目的，将V₂O₅ 转化为可溶性的VOSO₄，便于分离提纯；
（3）依据流程中的沉淀分离书写离子方程式；
（4）可用已知浓度的酸化H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，主要产物为CO₂和VOSO₄，发生反应的离子方程根据氧化还原反应的化合价升降，正五价的钒元素被还原为正四价的钒元素，H₂C₂O₄则被氧化为二氧化碳，写出产物配平可得离子方程；
（5）根据NH₄VO₃在焙烧变化的图象进行解答．
点评：本题主要考查了原子符号的含义、铝热反应的应用、氧化还原反应的实质、离子方程的书写，平时注意相关知识运用能力的培养，题目难度中等．

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

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