Question

15．为回收利用废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如图1：

部分含钒物质在水中的溶解性如表：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

回答下列问题：
（1）工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃；
（2）滤液中含钒的主要成分为VOSO₄（填化学式）．
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度．根据图2判断最佳控制氯化铵系数和温度为4、80℃．

（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，反应方程式为：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，其中n、m分别为2、2．

Answer 1

分析 废钒催化剂粉碎、水浸，将溶解性物质溶于水，然后过滤得到滤渣和滤液，根据溶解性表知，滤液中含有VOSO₄，滤渣中含有V₂O₅等不溶性杂质，向滤渣中加入亚硫酸钠和稀硫酸，亚硫酸钠具有还原性，能将V₂O₅还原为VOSO₄，然后过滤得到滤渣和滤液，将两部分滤液混合并加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能将VOSO₄氧化为（VO₂）₂SO₄，调节溶液pH为8且采用离子交换方法得到VO₃^-，向溶液中加入氯化铵，得到难溶性的NH₄VO₃，焙烧NH₄VO₃得到V₂O₅，
（1）铝热反应实质是置换反应，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝；
（2）根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分；
（3）依据流程中的沉淀分离书写离子方程式；根据题中图象分析坐标系中表示的含义，结合图中的沉矾率与沉淀温度关系选择最佳温度，再根据沉矾率与氯化铵系数选择最佳的氯化铵系数；
（4）离子方程式中一定满足质量守恒和电荷守恒，先根据电荷守恒计算出n，再根据氢原子质量守恒计算出m．

解答 解：（1）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，
故答案为：3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃；
（2）废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣，由于V₂O₅为难溶物，所以滤液中含钒的主要成分为VOSO₄，
故答案为：VOSO₄ ；
（3）根据NH₄VO₃难溶于水，利用复分解反应沉淀VO₃^-，离子方程式为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
根据沉钒率与沉淀温度的图象可知，在80℃时沉矾率最高为98%，再根据氯化铵系数与沉钒率可知，氯化铵系数为4时沉钒率最高，所以最佳控制氯化铵系数和温度分别为：4，80℃，
故答案为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓； 4；80；
（4）2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，根据电荷守恒，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根据氢原子质量守恒看得：2+2=2m，则m=2，
故答案为：2；2．

点评 本题考查了铝热反应、氧化还原反应、离子反应等知识，题目难度中等，正确分析、理解工业流程是解题关键，注意明确铝热反应原理及电荷守恒、质量守恒在配平反应方程式中的应用．