题目内容

【题目】五氧化二钒(V2O5)在冶金、搪瓷、磁性材料等领域具有重要的应用。实验室以含钒废料(含有V2O3、CuO、MnO、SiO2、有机物)为原料制备V2O5的工艺流程如图所示。

已知:Ⅰ.含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表所示。

pH

4~6

6~8

8~10

10~12

主要存在形式

VO2+

VO3-

V2O74-

VO43-

Ⅱ.25℃时,部分难溶电解质的溶度积常数如下表所示。

难溶电解质

Cu(OH)2

Mn(OH)2

溶度积常数(Ksp)

4.8×10-20

4×10-14

Ⅲ.25℃时,NH4VO3的溶解度为0.4gL-1;70℃时,NH4VO3的溶解度为63gL-1。

请回答下列问题:

(1)“焙烧”的目的是___。

(2)滤渣1的用途为___(任写一种)。

(3)“调pH”的目的除了使Cu2+沉淀完全外,还有___;调节pH为7时,Cu2+是否沉淀完全?___。(写出计算过程,当溶液中离子浓度小于10-5molL-1时,认为该离子沉淀完全)

(4)“沉锰”时,需将温度控制在70℃左右,温度不能过高或过低的原因为___。

(5)“浓缩结晶”后,需对所得NH4VO3进行洗涤、干燥。洗涤剂宜选用___;证明NH4VO3已洗涤干净的实验操作及现象为___。

(6)“煅烧”时,生成无污染性气体,该反应的化学方程式为___。

【答案】除去有机物杂质,并将V2O3氧化为V2O5 制作光导纤维、制作玻璃、制取硅胶、制取硅单质等 使含钒离子以VO3-形式存在 调节pH为7时,溶液中c(Cu2+)==molL-1=4.8×10-6molL-1<10-5molL-1,Cu2+沉淀完全 温度过低时,反应速率较慢,NH4VO3可能提前结晶析出,导致产率较低;温度过高时,NH4HCO3分解使原料的利用率降低,并导致环境污染 冷水(或酒精溶液) 取少量最后一次洗涤液于洁净试管中,滴加BaCl2溶液,若无明显现象,则证明NH4VO3已洗涤干净 4NH4VO3+3O22V2O5+2N2+8H2O

【解析】

含钒废料(含V2O3、CuO、MnO、SiO2、A12O3、有机物)焙烧,可除去有机物,将V2O3氧化为V2O5,加入硫酸酸溶,得到滤渣1为SiO2,滤液调节pH可生成氢氧化铝、氢氧化铜沉淀,过滤后滤液加入碳酸氢铵,可生成碳酸锰沉淀,滤液加入过量硫酸铵,浓缩、结晶,可得到NH4VO3,煅烧可生成V2O5,以此解答该题。

根据流程图中的信息可知“焙烧”的目的是除去有机物杂质,并将氧化为;

所得焙烧产物加入稀硫酸后,只有与稀硫酸不反应,所以滤渣1是,其用途为制作光导纤维、制作玻璃、制取硅胶、制取硅单质等;

“调pH”的目的除了使Cu2+沉淀完全外,还有使含钒离子以形式存在,调节pH为7时,溶液中,Cu2+沉淀完全;

“沉锰”时,需将温度控制在左右,温度不能过高或过低的原因为温度过低时,反应速率较慢,可能提前结晶析出,导致产率较低;温度过高时,分解使原料的利用率降低,并导致环境污染;

浓缩结晶后,需对所得进行洗涤、干燥,根据题目提供信息可知的溶解度随温度升高会增大,为减小其溶解,可以选择冷水或酒精溶液来洗涤;证明已洗涤干净的实验操作及现象为:取少量最后一次洗涤液于洁净试管中,滴加溶液,若无明显现象,则证明已洗涤干净,;

煅烧”时,生成的无污染性气体为氮气,结合电子守恒和元素守恒可知发生反应的化学方程式为。

练习册系列答案
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I.回收锌元素,制备ZnCl2

步骤一:向除去壳体及石墨电极的黑色糊状物中加水,搅拌,充分溶解,经过滤分离得固体和滤液;

步骤二:处理滤液,得到ZnCl2·xH2O晶体;

步骤三:将SOCl2与ZnCl2·xH2O晶体混合制取无水ZnCl2。

制取无水ZnCl2,回收剩余的SOCl2并验证生成物中含有SO2(夹持及加热装置略)的装置如下:

已知:SOCl2是一种常用的脱水剂,熔点-105℃,沸点79℃,140℃以上时易分解,与水剧烈水解生成两种气体。

(1)接口的连接顺序为a→___→____→h→i→___→___→___→e。

(2)三颈烧瓶中反应的化学方程式:____。

(3)步骤二中得到ZnCl2·xH2O晶体的操作方法:___。

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II.回收锰元素,制备MnO2

(5)步骤一得到的固体经洗涤,初步蒸干后进行灼烧,灼烧的目的____。

III.二氧化锰纯度的测定

称取1.0g灼烧后的产品,加入1.34g草酸钠(Na2C2O4)固体,再加入足量的稀硫酸并加热(杂质不参与反应),充分反应后冷却,将所得溶液转移到100mL容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度线,从中取出10.00mL,用0.0200mol/L高锰酸钾溶液进行滴定,滴定三次,消耗高锰酸钾溶液体积的平均值为10.00mL。

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热化学硫碘循环硫化氢分解联产氢气、硫磺的热化学方程式为_________________。

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a:2NO(g)=N2O2(g)(快)

b:N2O2(g)+H2(g)=N2O(g)+H2O(g)(慢)

c:N2O(g)+H2(g)=N2(g)+H2O(g)(快)

决定此总反应速率的是第步的反应___(填序号)。

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T(K)

k

T(K)

k

T(K)

k

143

1.48×105

273

1.04×104

514

3.00×103

195

2.58×104

333

5.50×103

613

2.80×103

254

1.30×104

414

4.00×103

663

2.50×103

由实验数据测到v正与c(O2)的关系如图1所示,当x点升高到某一温度时,反应重新达到平衡,则变为相应的点为___点(填字母),并解析原因:

①___

②___

(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气,包含NO2和NO,有人得出用活性炭对NOx进行吸收,发生如下反应:

反应a:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=-34.0kJ/mol

反应b:2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol

对于反应a,在T1℃时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如表:

时间(min)

浓度(mol/L)

0

10

20

30

40

50

NO

1.00

0.58

0.40

0.40

0.48

0.48

N2

0

0.21

0.30

0.30

0.36

0.36

①010min内,NO的平均反应速率v(NO)=___,当升高反应温度,该反应的平衡常数K___(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡;根据上表中的数据判断改变的条件可能是___(填字母)。

a.加入一定量的活性炭 b.通入一定量的NO

c.适当缩小容器的体积 d.加入合适的催化剂

(4)实验室模拟反应2C(s)+2NO2(g)=N2(g)+2CO2(g) △H=-64.2kJ/mol,在密闭容器中加入一定量的碳和NO2,维持温度是T2℃,如图2为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。

①请从动力学角度分析,1050kPa前,反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因___;

②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp);在T2℃、1.1×106Pa时,该反应的化学平衡常数___(用计算表达式表示,不必化简);已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。

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