Question

13．以沉淀法除去工业级偏钒酸铵（NH₄VO₃）中硅、磷元素杂质的流程如图1：

（1）碱熔时，下列措施有利于NH₃逸出的是ac．
a．升温               b． 加压              c．增大NaOH溶液浓度
（2）滤渣主要成分为Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃，已知K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=6.4×10^-26，K_sp（MgSiO₃）=2.3×10^-5．若滤液中c（PO${\;}_{4}^{3-}$）≤10^-6 mol•L^-1，则c（Mg²⁺）至少为4×10^-5mol•L^-1．
（3）由图2可知，加入一定量的MgSO₄溶液作沉淀剂．随着温度升高，除磷率下降，其原因是Mg₃（PO₄）₂溶解度增大、升温促进Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂；随着温度升高，除硅率增大，其原因是SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）（用离子方程式表示）．
（4）沉钒时，反应温度需控制在50℃，在实验室可采取的措施为50℃水浴加热．在此温度和pH=8的最佳条件下，探究NH₄Cl的浓度对沉钒率的影响，设计实验步骤（常见试剂任选）：取两份10mL一定浓度的滤液A和B，分别加入1mL和 10mL的1mol•L^-1NH₄Cl溶液，向A中加入约9mL蒸馏水，使两份溶液总体积相等（A或B）中加入约9mL蒸馏水，使两份溶液总体积相等，控制两份溶液温度均为50℃、pH均为8，由专用仪器测定沉钒率．（忽略混合过程中溶液体积的变化）
（5）高纯的偏钒酸铵灼烧可制备新型光电材料V₂O₅，该反应的化学方程式为2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$V₂O₅+2NH₃↑+H₂O．

Answer 1

分析 以沉淀法除去工业级偏钒酸铵（NH₄VO₃）中硅、磷元素杂质的流程为：在偏钒酸铵中加氢氧化钠溶液，将偏钒酸铵溶解，铵盐遇到强碱生成氨气，再加盐酸调节溶液的pH值，加硫酸镁，生成Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃沉淀，过滤除去滤渣，在滤液中加氯化铵得偏钒酸铵，
（1）根据气体在水中溶解度的影响因素可知，升温、减压都可以减小气体的溶解度，由于氨气在水中形成氨水能电离出氢氧根离子，根平衡移动原理，增加氢氧根浓度可以减小氨气 的溶解度，据此答题；
（2）根据K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=c³（Mg²⁺）c²（PO₄^3-），结合c（PO₄^3-）≤10^-6 mol•L^-1进行计算；
（3）根据影响盐类水解的因素可知，升高温度水解程度增大，镁离子、硅酸根离子都是易水解的离子；
（4）反应温度需控制在50℃可以用水浴，探究NH₄Cl的浓度对沉钒率的影响，为要有可比性，两溶液的体积必须相等；
（5）高纯的偏钒酸铵灼烧生成V₂O₅，根据元素守恒可知，还应有氨气和水产生，据此书写化学方程式；

解答 解：以沉淀法除去工业级偏钒酸铵（NH₄VO₃）中硅、磷元素杂质的流程为：在偏钒酸铵中加氢氧化钠溶液，将偏钒酸铵溶解，铵盐遇到强碱生成氨气，再加盐酸调节溶液的pH值，加硫酸镁，生成Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃沉淀，过滤除去滤渣，在滤液中加氯化铵得偏钒酸铵，
（1）根据气体在水中溶解度的影响因素可知，升温、减压都可以减小气体的溶解度，故选a，由于氨气在水中形成氨水能电离出氢氧根离子，根平衡移动原理，增加氢氧根浓度可以减小氨气 的溶解度，故选c，
故答案为：ac；
（2）根据K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=c³（Mg²⁺）c²（PO₄^3-）可知，当c（PO₄^3-）=10^-6 mol•L^-1时，c（Mg²⁺）=$\root{3}{\frac{6.4×10{\;}^{-26}}{（10{\;}^{-6}）{\;}^{2}}}$=4×10^-5mol•L^-1，
故答案为：4×10^-5；
（3）根据影响盐类水解的因素可知，升高温度水解程度增大，镁离子、硅酸根离子都是易水解的离子，所以升温促进Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂，使硅酸根水解生成硅沉淀，反应的离子方程式为SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-），
故答案为：升温促进Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂；SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）；
（4）反应温度需控制在50℃可以用水浴加热，探究NH₄Cl的浓度对沉钒率的影响，为要有可比性，两溶液的体积必须相等，所以要 向A中加入约9 mL蒸馏水，使两份溶液总体积相等，
故答案为：50℃水浴加热；A中加入约9 mL蒸馏水，使两份溶液总体积相等；
（5）高纯的偏钒酸铵灼烧生成V₂O₅，根据元素守恒可知，还应有氨气和水产生，反应的化学方程式为2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$V₂O₅+2 NH₃↑+H₂O，
故答案为：2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$V₂O₅+2 NH₃↑+H₂O．

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、盐类的水解原理的应用、实验方案的完善等，难度中等，侧重对学生分析问题的能力考查．