题目内容

2．为了回收利用废钒催化剂（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，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：
物质VOSO4V2O5NH4VO3（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V2O5；
（2）滤液中含钒的主要成分为VOSO4（填化学式）；
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式NH4++VO3-=NH4VO3↓；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．根据图判断最佳控制氯化铵系数和温度为4、80℃；

（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：2VO2++H2C2O4+2H+═2VOn++2CO2↑+mH2O，其中n、m分别为2、2；
（5）全矾液流电池的电解质溶液为VOSO4溶液，电池的工作原理为：VO2++H2O+V3+ $?_{放电}^{充电}$ VO2++V2++2H+，电池放电时正极的电极反应式为VO2++2H++e-═VO2++H2O．

分析 废钒催化剂粉碎、水浸，将溶解性物质溶于水，然后过滤得到滤渣和滤液，根据溶解性表知，滤液中含有VOSO4，滤渣中含有V2O5等不溶性杂质，向滤渣中加入亚硫酸钠和稀硫酸，亚硫酸钠具有还原性，能将V2O5还原为VOSO4，然后过滤得到滤渣和滤液，将两部分滤液混合并加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能将VOSO4氧化为（VO2）2SO4，调节溶液pH为8且采用离子交换方法得到VO3-，向溶液中加入氯化铵，得到难溶性的NH4VO3，焙烧NH4VO3得到V2O5，
（1）氧化还原反应中得电子的物质是氧化剂；
（2）废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分分析，VOSO4为可溶性物质；
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，铵根离子和VO3-反应生成难溶性的NH4VO3，根据图知，在80℃、氯化铵系数为4时沉降率最大；
（4）根据原子守恒、电荷守恒配平方程式；
（5）全矾液流电池的电解质溶液为VOSO4溶液，根据电池的工作原理，电池充电时阳极上VO2+失电子发生氧化反应．

解答 解：废钒催化剂粉碎、水浸，将溶解性物质溶于水，然后过滤得到滤渣和滤液，根据溶解性表知，滤液中含有VOSO4，滤渣中含有V2O5等不溶性杂质，向滤渣中加入亚硫酸钠和稀硫酸，亚硫酸钠具有还原性，能将V2O5还原为VOSO4，然后过滤得到滤渣和滤液，将两部分滤液混合并加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能将VOSO4氧化为（VO2）2SO4，调节溶液pH为8且采用离子交换方法得到VO3-，向溶液中加入氯化铵，得到难溶性的NH4VO3，焙烧NH4VO3得到V2O5，
（1）工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，Al失电子作还原剂，V2O5得电子作氧化剂；
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，VOSO4为可溶性物质，所以滤液中含钒的主要成分为VOSO4，
故答案为：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↓，
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：NH4++VO3-=NH4VO3↓； 4；80
（4）反应方程式为：2VO2++H2C2O4+2H+═2VOn++2CO2↑+mH2O，由原子守恒、电荷守恒配平方程式为2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O，则n=2，m=2；
故答案为：2；2；
（5）正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO2++2H++e-═VO2++H2O，
故答案为：VO2++2H++e-═VO2++H2O．

点评 本题考查物质的分离和提纯，题目难度中等，侧重考查氧化还原反应、离子反应方程式的书写、原电池和电解池原理等知识点，明确反应原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应及实验基本操作，难点是电极反应式的书写．

练习册系列答案
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已知：
SrSO4BaSO4SrCO3
Ksp3.2×10-71.1×10-101.6×10-10
回答下列问题：
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（3）“除钡”过程中硫酸过多会导致锶元素的损失．若除钡后所得溶液（M）中c（Ba2+）=1.0×10-5mol•L-1，要使锶元素不损失，则M中c（Sr2+）应不超过0.029mol•L-1（计算结果保留2位有效数字）．
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