Question

8．金属钒主要用于冶炼特种钢和在化学工业、炼油工业中作催化剂，被誉为“合金的维生素”．回收利用废钒催化剂（主要成分为V₂O₅、VOSO₄和二氧化硅）的工艺流程如图所示．

（1）粉碎的作用是提高VOSO₄（可溶性钒化合物）的浸出率，滤渣可用于制作光导纤维、建筑材料等（填用途）．
（2）25时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表所示：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
钒沉淀率/%	88.1	91.8	96.5	98	99.8	9.8	96.4	93.0	89.3

根据表数据判断，加入氨水调节溶液pH的最佳选择为1.7-1.8；上述过滤操作过程中所需用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（3）为了提高钒的浸出率，用酸浸使废钒催化剂中的V₂O₅转变成可溶于水的VOSO₄，酸浸过程中还原产物和氧化产物的物质的量之比为2：1．
（4）完成并配平氧化过程中的离子方程式：
1ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+1Cl^-+3H₂O．
（5）废钒催化剂中V₂O₅的质量分数为6%（原料中的所有钒已换算成V₂O₅）．取100g此废钒催化剂按上述流程进行实验，当加入105mL 0.1mol•L^-1的KClO₃溶液时，溶液中的钒恰好被完全处理，假设以后各步钒没有损失，则该工业生产中钒的回收率是95.55%．

Answer 1

分析 废钒催化剂（主要成分为V₂O₅、VOSO₄和二氧化硅），粉碎后加水水浸过滤，据物质的水溶性确定，V₂O₅和SiO₂难溶于水，V₂O₅和SiO₂即为得到的滤渣，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+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，过滤得到滤液B净化，和滤液A混合加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能将VO²⁺氧化为VO₂⁺，加入氨水，调节溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙烧得到五氧化二钒即可．
（1）粉碎的目的是增大接触面积通过浸出率滤渣主要成分为V₂O₅和SiO₂；
（2）根据表中数据判断，加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7-1.8，此时钡沉淀率达到最大，需要氨水量较小；
（3）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，写出离子方程式计算；
（4）氯元素化合价+5价变化为-1价，电子转移6e^-，钒元素化合价+4价变化为+5价，电子转移e^-，所以VO²⁺和 VO³⁺+前的系数为6，结合电荷守恒、原子守恒配平；
（5）由反应的方程式：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-，
可得关系式：3V₂O₅～6VO²⁺～C1O₃^-，依据定量关系计算得到．

解答 解：（1）粉碎的作用是增大接触面积，提高VOSO₄（可溶性钒化合物）的浸出率，滤渣中二氧化硅可用于制作光导纤维、建筑材料等，
故答案为：提高VOSO₄（可溶性钒化合物）的浸出率；制作光导纤维、建筑材料等；
（2）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7-1.8，此时钡沉淀率达到最大，需要氨水量较小，过滤操作过程中所需用到的玻璃仪有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：1.7-1.8；漏斗、烧杯、玻璃棒；
（3）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+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，酸浸过程中还原产物和氧化产物的物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
（4）氯元素化合价+5价变化为-1价，电子转移6e^-，钒元素化合价+4价变化为+5价，电子转移e^-，所以VO²⁺和 VO³⁺+前的系数为6，结合电荷守恒、原子守恒配平得到反应的离子方程式为：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案为：1、6、6H⁺、6、1、3H₂O；
（5）由反应的方程式：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-，
可得关系式：3V₂O₅～6VO²⁺～C1O₃^-，
则n（V₂O₅）=3n（C1O₃^-）=3n（KC1O₃）=3×0.105L×0.1mol•L^-1=0.0315mol，100g此废钒催化剂含m（V₂0₅）=100g×6%=6g，n（V₂O₅）=$\frac{6g}{182g/mol}$=$\frac{6}{182}$mol，钒的回收率为：$\frac{0.0315mol}{\frac{6}{182}mol}$×100%=95.55%；
故答案为：95.55%．

点评 本题考查了流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等．