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:

请回答下列问题:
(1)请写出加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式
(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O5)能加快二氧化硫氧化速率,此过程中产生了一连串的中间体(如下左图).
其中a、c二步的化学方程式可表示为
(3)该工艺中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.
根据图试建议控制氯化铵系数和温度:
(4)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.
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)请写出加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式
V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O
V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O
.(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O5)能加快二氧化硫氧化速率,此过程中产生了一连串的中间体(如下左图).

SO2+V2O5?SO3+V2O4
SO2+V2O5?SO3+V2O4
,4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
.(3)该工艺中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.
根据图试建议控制氯化铵系数和温度:
4
4
、80℃
80℃
.
(4)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.

B
B
.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.
分析:(1)亚硫酸根具有还原性,酸性条件下,能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子.
(2)根据催化剂参与反应过程生成的中间产物,分析催化剂参与反应,最终重新生成来书写化学方程式;
(3)根据图1分析坐标系中的表示含义,结合图②中的沉矾率在80度C时最大,约为98%,在图①中找到对应沉矾率98%下的控制氯化铵系数为4;
(4)根据NH4VO3在焙烧变化的图象中固体质量分数结合方程式分析.
(2)根据催化剂参与反应过程生成的中间产物,分析催化剂参与反应,最终重新生成来书写化学方程式;
(3)根据图1分析坐标系中的表示含义,结合图②中的沉矾率在80度C时最大,约为98%,在图①中找到对应沉矾率98%下的控制氯化铵系数为4;
(4)根据NH4VO3在焙烧变化的图象中固体质量分数结合方程式分析.
解答:解:(1)亚硫酸根具有还原性,酸性条件下,能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子,离子反应方程式为:V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O,
故答案为:V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O;
(2)依据图中的转化关系,V2O5参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫,本身被还原为图中产物V2O4,根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4转化为SO3,此过程需要重新生成催化剂V2O5,需要氧化剂完成,此过程中的氧化剂为氧气,根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3,故答案为:SO2+V2O5?SO3+V2O4、4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3;
(3)根据图示分析数据,80℃时沉矾率最高为98%,再升高温度时其沉钒率反而降低,从氯化铵系数知,氯化铵系数越大沉钒率越大,但系数为5比为4稍微大些,且氯化铵系数越大需要的氯化铵越多,从经济角度分析不合适,所以加NH4Cl的系数最好为4,
故答案为:4和80℃;
(4)根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知:
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
210℃时,固体质量减少值为1-85.47%=14.54%,380℃时,根据质量减少值为85.47-77.78%=7.69%,
根据方程式知,生成水时固体质量减少分数小于生成氨气时,所以210℃时减少的是氨气,380℃时减少的是水,则该反应过程中先失去氨气后失去水,故选B.
故答案为:V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O;
(2)依据图中的转化关系,V2O5参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫,本身被还原为图中产物V2O4,根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4转化为SO3,此过程需要重新生成催化剂V2O5,需要氧化剂完成,此过程中的氧化剂为氧气,根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3,故答案为:SO2+V2O5?SO3+V2O4、4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3;
(3)根据图示分析数据,80℃时沉矾率最高为98%,再升高温度时其沉钒率反而降低,从氯化铵系数知,氯化铵系数越大沉钒率越大,但系数为5比为4稍微大些,且氯化铵系数越大需要的氯化铵越多,从经济角度分析不合适,所以加NH4Cl的系数最好为4,
故答案为:4和80℃;
(4)根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知:
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
210℃时,固体质量减少值为1-85.47%=14.54%,380℃时,根据质量减少值为85.47-77.78%=7.69%,
根据方程式知,生成水时固体质量减少分数小于生成氨气时,所以210℃时减少的是氨气,380℃时减少的是水,则该反应过程中先失去氨气后失去水,故选B.
点评:本题考查了制备实验方案的设计,涉及到氧化还原反应、图象分析等知识点,注意催化剂实际上参加反应,难点是(4)题中图象分析,难度中等.

练习册系列答案
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随着材料科学的发展,金属钒被誉为“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.
己知:V可形成VO2+、VO2+、VO3-等多种离子;部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示:
该工艺的主要流程如下:

请回答下列问题
(1)工业上常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒,请写出反应的化学方程式 .
(2)反应①的离子方程式是 .
(3)在反应②中,每生成1mol(VO2)2SO4转移电子的数目为 .
(4)在离子交换过程中,发生可逆反应VO2++2OH-?VO3-+H2O.
该反应的化学平衡常数K 的表达式为 .
(5)反应③充分反应后,分离出NH4VO3的实验所需主要玻璃仪器为 ,为保证产品纯度,还应进行的操作名称是 .
己知:V可形成VO2+、VO2+、VO3-等多种离子;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)工业上常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒,请写出反应的化学方程式
(2)反应①的离子方程式是
(3)在反应②中,每生成1mol(VO2)2SO4转移电子的数目为
(4)在离子交换过程中,发生可逆反应VO2++2OH-?VO3-+H2O.
该反应的化学平衡常数K 的表达式为
(5)反应③充分反应后,分离出NH4VO3的实验所需主要玻璃仪器为