题目内容
【题目】工业上用含三价钒(V2O3)为主的某石煤为原料(含有Al2O3、CaO等杂质),钙化法焙烧制备V2O5,其流程如下:
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【资料】:+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系:
pH | 4~6 | 6~8 | 8~10 | 10~12 |
主要离子 | VO2+ | VO3 | V2O74 | VO43 |
(1)焙烧:向石煤中加生石灰焙烧,将V2O3转化为Ca(VO3)2的化学方程式是______。
(2)酸浸: ① Ca(VO3)2难溶于水,可溶于盐酸。若焙砂酸浸时溶液的pH=4,Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式是______。
② 酸度对钒和铝的溶解量的影响如图所示:酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%,根据如图推测,酸浸时不选择更高酸度的原因是______。
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(3)转沉:将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体,其流程如下:
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① 浸出液中加入石灰乳的作用是______。
② 已知CaCO3的溶解度小于Ca3(VO4)2。向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液,可使钒从沉淀中溶出。结合化学用语,用平衡移动原理解释其原因:______。
③ 向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液,控制溶液的pH=7.5。当pH>8时,NH4VO3的产量明显降低,原因是______。
(4)测定产品中V2O5的纯度:
称取a g产品,先用硫酸溶解,得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1 mL c1 mol·L1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO2+ + 2H+ + Fe2+ == VO2+ + Fe3+ + H2O)。最后用c2 mol·L1 KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点,消耗KMnO4溶液的体积为b2 mL。已知 MnO4被还原为Mn2+,假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是______。(V2O5的摩尔质量:182 g·mol1)
【答案】 CaO + O2 + V2O3 ====
Ca(VO3)2 Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O 酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大 调节溶液的pH,并提供Ca2+,形成Ca3(VO4)2沉淀(富集钒元素) Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)
3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ,(NH4)2CO3溶液中的CO32与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀,c(Ca2+)降低,平衡正向移动,使钒从沉淀中溶出 pH>8时,钒的主要存在形式不是VO3 91(c1b1-5c2b2)/(1000a)
【解析】(1)根据反应流程:向石煤中加生石灰焙烧,V2O3与氧化钙和氧气反应生成Ca(VO3)2,化学方程式是CaO + O2 + V2O3
Ca(VO3)2 ;正确答案:CaO + O2 + V2O3
Ca(VO3)2 。
(2)①根据信息可知:pH在4~6之间,生成VO2+,所以Ca(VO3)2与盐酸反应离子方程式是:Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O ;正确答案:Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O。
②根据图像变化可知:酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大,因此酸浸时不选择更高酸度;正确答案:酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大。
(3)①浸出液中含有VO43—,加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀,便于钒元素的富集;正确答案:调节溶液的pH,并提供Ca2+,形成Ca3(VO4)2沉淀(富集钒元素)。
② Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)
3Ca2+(aq) + 2VO43(aq),(NH4)2CO3溶液中的CO32与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀,c(Ca2+)降低,平衡正向移动,使钒从沉淀中溶出;因此向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液,可使钒从沉淀中溶出;正确答案:Ca3(VO4)2的浊液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)
3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ,(NH4)2CO3溶液中的CO32与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀,c(Ca2+)降低,平衡正向移动,使钒从沉淀中溶出。
③ 根据信息可知:pH>8时,钒的主要存在形式为V2O74或VO43—等,不是VO3 ,NH4VO3的产量明显降低;正确答案:pH>8时,钒的主要存在形式不是VO3 。
(4)高锰酸钾氧化亚铁离子变为铁离子,根据反应规律:MnO4--- 5Fe2+,消耗KMnO4的量b2×10-3×c2 mol,则消耗亚铁离子的量为5b2×10-3×c2 mol,再根据VO2+ -- Fe2+关系可知,用来还原VO2+的亚铁离子的量为b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol,因此VO2+ 的量为b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol,产品中V2O5的量为1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2) mol, 产品中V2O5的质量为1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2)×182=91(c1b1-5c2b2) ×10-3g,则产品中V2O5的质量分数是91(c1b1-5c2b2)/(1000a);正确答案:91(c1b1-5c2b2)/(1000a)。
【题目】已知:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1。相同温度下,在体积相同的两个恒温密闭容器中,加入一定量的反应物发生反应。
相关数据如下:
容器 编号 | 起始时各物质的物质的量/mol | 达平衡过程体系的能量变化 | |||
CO | H2O | CO2 | H2O | ||
① | 1 | 4 | 0 | 0 | 放出热量:32.8 kJ |
② | 0 | 0 | 1 | 4 | 热量变化:Q |
下列说法中,不正确的是( )
A. 容器①中反应达平衡时,CO的转化率为80%
B. 容器①中CO的转化率等于容器②中CO2的转化率
C. 容器①中CO反应速率等于H2O的反应速率
D. 平衡时,两容器中CO2的浓度相等