题目内容
随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金维生素”．工业上回收废钒催化剂（含有V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2）中钒的主要流程如下：
已知：（1）V2O5和NH4VO3均为难溶物，VOSO4和（VO2）2SO4均为易溶物．
（2）2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O
回答下列问题：
（1）步骤①前，粉碎的目的是 ．
（2）步骤②中发生反应的离子方程式为 ．
（3）步骤③的变化过程可简化为（HA表示有机萃取剂）：
VOSO4（水层）+2HA（有机层）?VOA2（有机层）+H2SO4（水层），则步骤④中可选择硫酸作反萃取的原因是 ．
（4）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定操作⑤后溶液中含钒量的步骤为：取10.0mL 0.1mol/L H2C2O4溶液于锥形瓶中，加入指标剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时，消耗待测液的体积为10.0mL，由此可知（VO2）2SO4溶液钒元素的含量为 g/L．
（5）V2O5可用金属（如Ca、Al）热还原法获得钒，则金属铝热还原制得钒的化学方程式为 ．
已知：（1）V2O5和NH4VO3均为难溶物，VOSO4和（VO2）2SO4均为易溶物．
（2）2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O
回答下列问题：
（1）步骤①前，粉碎的目的是
（2）步骤②中发生反应的离子方程式为
（3）步骤③的变化过程可简化为（HA表示有机萃取剂）：
VOSO4（水层）+2HA（有机层）?VOA2（有机层）+H2SO4（水层），则步骤④中可选择硫酸作反萃取的原因是
（4）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定操作⑤后溶液中含钒量的步骤为：取10.0mL 0.1mol/L H2C2O4溶液于锥形瓶中，加入指标剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时，消耗待测液的体积为10.0mL，由此可知（VO2）2SO4溶液钒元素的含量为
（5）V2O5可用金属（如Ca、Al）热还原法获得钒，则金属铝热还原制得钒的化学方程式为
考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用
专题：实验设计题
分析：生产流程：废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），据物质的水溶性确定，V2O5和SiO2难溶于水，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+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；加入硫酸抑制平衡正向进行，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）根据影响化学反应速率的因素来回答；
（2）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，据此书写离子方程式；
（3）反萃取时加入的硫酸试剂是抑制平衡正向进行；
（4）根据反应方程式2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O进行计算；
（5）金属铝和矾的氧化物反应得到金属钒和氧化铝，据此书写方程式．
（1）根据影响化学反应速率的因素来回答；
（2）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，据此书写离子方程式；
（3）反萃取时加入的硫酸试剂是抑制平衡正向进行；
（4）根据反应方程式2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O进行计算；
（5）金属铝和矾的氧化物反应得到金属钒和氧化铝，据此书写方程式．
解答：
解：生产流程：废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），据物质的水溶性确定，V2O5和SiO2难溶于水，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+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；加入硫酸抑制平衡正向进行，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）将固体粉碎，增加固体的表面积，可以加快浸出速率，故答案为：增大固液接触面积，加快浸出速率，提高浸出率；
（2）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+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，
故答案为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；
（3）反萃取时分析平衡，VOSO4 +（水层）+2HA2（有机层）?VOA2（有机层）+H2SO4（水层），加入硫酸抑制平衡正向进行，使VOSO4进入水层；
故答案为：加入硫酸使平衡向左移动，使VOSO4进入水层；
（4）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，反应方程式为：2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O，设（VO2）2SO4溶液中含有V元素物质的量是n，则：2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O
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n 0.010L×0.1mol/L
=
，解得n=0.002mol，1L（VO2）2SO4溶液中钒元素的含量为：0.002mol×100×51g/mol=10.2g，即钒元素的含量为10.2g/L，故答案为：10.2g/L；
（5）金属铝热还原制得钒的原理是：金属铝和矾的氧化物反应得到金属钒和氧化铝，其化学方程式为：3V2O5+10Al
6V+5Al2O3，故答案为：3V2O5+10Al
6V+5Al2O3．
（1）将固体粉碎，增加固体的表面积，可以加快浸出速率，故答案为：增大固液接触面积，加快浸出速率，提高浸出率；
（2）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+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，
故答案为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；
（3）反萃取时分析平衡，VOSO4 +（水层）+2HA2（有机层）?VOA2（有机层）+H2SO4（水层），加入硫酸抑制平衡正向进行，使VOSO4进入水层；
故答案为：加入硫酸使平衡向左移动，使VOSO4进入水层；
（4）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，反应方程式为：2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O，设（VO2）2SO4溶液中含有V元素物质的量是n，则：2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O
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n 0.010L×0.1mol/L
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（5）金属铝热还原制得钒的原理是：金属铝和矾的氧化物反应得到金属钒和氧化铝，其化学方程式为：3V2O5+10Al
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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．
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