题目内容

废钒催化剂的主要成分是V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等，现欲利用以下工艺流程回收V2O5。

回答下列问题：

（1） VOSO4中，V元素的化合价为_______，①中产生的废渣的主要成分是_________。

（2）配平④中反应的离子方程式：

 （3）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表：

试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为______________。

（4）生产时，将②中的酸性萃余液循环用于①中的水浸。在整个工艺流程中，可循环利用的物质还有________________。

（5）成品V2O5可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：______________________________________。

 

【答案】

（1）＋4；SiO2（2）1；6；6；6；1；3（3）1.7（4）有机萃取剂、氨水（或氨气）

（5）10Al+3V2O56V+5Al2O3

【解析】

试题分析：（1）VOSO4中离子SO42-为-2价，O2-为-2价，根据化合价守恒，故V元素为+4价；废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等）酸溶后，V2O5、Fe2O3和酸反应，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅（2）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平，反应物中ClO3-中Cl元素是+5价，VO2+中V元素是+4价，产物中Cl-是-1价，VO3+是+5价，依据电子守恒、原子守恒配平得到离子方程式为：ClO3-+6VO2++6H+=6VO3++Cl-+3H2O，故答案为：1；6；6；6；1；3（3）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，此时钒沉淀率达到最大（4）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，或重复利用的物质可以循环利用，流程中有机萃取剂、氨气可以循环利用，故答案为：有机萃取剂；氨气（5）铝热反应是金属铝在高温环境下对金属氧化物进行还原产生金属单质的反应，则反应物为V2O5和Al产物为Al2O3与V，根据反应中化合价守恒，故反应方程式：10Al+3V2O56V+5Al2O3

考点：氧化还原反应方程式的配平；难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质；硅和二氧化硅；常见金属元素的单质及其化合物的综合应用；物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

 

练习册系列答案
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钒具有众多优异的性能，用途十分广泛，有金属“维生素”之称．
完成下列填空：
（1）将废钒催化剂（主要成分V2O5）与稀硫酸、亚硫酸钾溶液混合，充分反应，所得溶液显酸性、含VO2+、K+、SO42-等．写出该反应的化学方程式
V2O5+K2SO3+2H2SO4=2VOSO4+K2SO4+2H2O
V2O5+K2SO3+2H2SO4=2VOSO4+K2SO4+2H2O
．
（2）向上述所得溶液中加入KClO3溶液，充分反应后，溶液中新增加了VO2+、Cl-．写出并配平该反应的离子方程式，并标出电子转移的数目和方向
．
（3）在20.00mL的0.1mol/LVO2+溶液中，加入0.195g锌粉，恰好完成反应，则还原产物可能是
b
b
．
a．V          b．V2+          c．VO2+        d．VO2+
（4）已知V2O5能和盐酸反应生成氯气和VO2+．请再写一个离子反应方程式，说明还原性：SO32-＞Cl-＞VO2+
Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+2H++SO42-
Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+2H++SO42-
．
（2013?淮南一模）从废钒催化剂（主要成分有V2O5，VOSO4，K2SO4，SiO2等）中回收V2O5的一种生产流程示意图如下，请回答下列问题：

（1）步骤①中废渣的主要成分是
SiO2
SiO2
，③中X试剂为
H2SO4
H2SO4
；（均填化学式）
（2）实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作是
打开分液漏斗瓶塞（或瓶塞凹槽对准瓶口小孔）；当分液面接近（或略超过）活塞处时关闭活塞；上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中
打开分液漏斗瓶塞（或瓶塞凹槽对准瓶口小孔）；当分液面接近（或略超过）活塞处时关闭活塞；上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中
；
（3）②③的变化过程可简化为（下式R表示VO 2+，HA表示有机萃取剂）
R2（SO4）n（水层）+2nHA（有机层）?2RAn（有机层）+nH2SO4（水层）
为提高②中萃取百分率，应采取的措施是
加入碱中和硫酸使平衡正移
加入碱中和硫酸使平衡正移
；
（4）请完成④中反应的离子方程式：
1
1
ClO3-+
6
6
VO2++
6
6
H-+=
6
6
VO3++
1Cl-
1Cl-
+
3H2O
3H2O

（5）25°C时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如表
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 94.8 96.5 98.0 98.8 98.8 96.4 93.1 89.3
结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH值为
1.7-1.8
1.7-1.8
；
（6）该工艺流程中，可以循环利用的物质有
氨气 有机萃取剂
氨气 有机萃取剂
．
从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如图a：
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回答下列问题：
（1）①中废渣的主要成分是
 
．
（2）完成④中反应的离子方程式：
 
ClO3-+
 
VO2++
 
H+=
 
VO3++
 
（
 
）+
 
（
 
）
（3）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表
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 94.8 96.5 98.0 98.8 98.8 96.4 93.1 89.3
试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为
 
；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3沉淀，则溶液中c（Fe3+）＜
 
．（已知：25℃时，Ksp（Fe（OH）3）=2.6×10-39）
（4）全矾液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置（如图b所示，a、b均为惰性电极），已知：全矾液流电池的工作原理为：
VO2++V2++2H+   
放电
充电
  VO2++H2O+V3+
V2+为紫色，V3+为绿色，VO2+为蓝色，VO2+为黄色．则：
①放电过程中，当转移1.0mol电子时共有1.0mol H+从
 
槽迁移进
 
槽（填“左”、“右”）
②当充电时，右槽溶液颜色由
 
色变为
 
色．
从废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等）中回收XO5的一种生产工艺流程 示意如图所示：
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回答下列问题：
（1）①中滤渣的主要成分是
 
．
（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中Rn+表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取 剂的主要成分）：
Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层）
②中萃取时必须加入适量碱，其原因是
 
．③中反萃取时加入的X试剂是
 
．
（3）完成④中反应的离子方程式：
 
ClO
 
-
3
+
 
VO2++
 
H+=
 
VO3++
 
Cl-+
 
 

（4）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
pH 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1
钡沉淀率/% 88 92 93 95 95 95 93 90 87
根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为
 
；若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）3沉淀，则溶液中c（Fe3+）＜
 
．（已知：25℃时，Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38）
（5）在整个工艺流程中，可以循环利用的物质是水、
 
和
 
．
（6）写出废液Y中除H+之外的两种阳离子
 
．

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