Question

【題目】工業上用含三價釩（V2O3）為主的某石煤為原料（含有Al2O3、CaO等雜質），鈣化法焙燒制備V2O5，其流程如下：

【資料】：+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系：

pH	4~6	6~8	8~10	10~12
主要離子	VO2+	VO3	V2O74	VO43

（1）焙燒：向石煤中加生石灰焙燒，將V2O3轉化為Ca(VO3)2的化學方程式是______。

（2）酸浸： ① Ca(VO3)2難溶于水，可溶于鹽酸。若焙砂酸浸時溶液的pH＝4，Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式是______。

② 酸度對釩和鋁的溶解量的影響如圖所示：酸浸時溶液的酸度控制在大約3.2%，根據如圖推測，酸浸時不選擇更高酸度的原因是______。

（3）轉沉：將浸出液中的釩轉化為NH4VO3固體，其流程如下：

① 浸出液中加入石灰乳的作用是______。

② 已知CaCO3的溶解度小于Ca3(VO4)2。向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液，可使釩從沉淀中溶出。結合化學用語，用平衡移動原理解釋其原因：______。

③ 向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。當pH＞8時，NH4VO3的產量明顯降低，原因是______。

（4）測定產品中V2O5的純度：

稱取a g產品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1 mL c1 mol·L1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液（VO2+ + 2H+ + Fe2+ == VO2+ + Fe3+ + H2O）。最后用c2 mol·L1 KMnO4溶液滴定過量的(NH4)2Fe(SO4)2至終點，消耗KMnO4溶液的體積為b2 mL。已知 MnO4被還原為Mn2+，假設雜質不參與反應。則產品中V2O5的質量分數是______。（V2O5的摩爾質量：182 g·mol1）

Answer 1

【答案】 CaO + O2 + V2O3 ==== Ca(VO3)2 Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O 酸度大于3.2％時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大程度更大 調節溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀（富集釩元素） Ca3(VO4)2的濁液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ，(NH4)2CO3溶液中的CO32與Ca2+結合生成更難溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，平衡正向移動，使釩從沉淀中溶出 pH＞8時，釩的主要存在形式不是VO3 91(c1b1-5c2b2)/(1000a)

【解析】（1）根據反應流程：向石煤中加生石灰焙燒，V2O3與氧化鈣和氧氣反應生成Ca(VO3)2，化學方程式是CaO + O2 + V2O3 Ca(VO3)2 ；正確答案：CaO + O2 + V2O3 Ca(VO3)2 。

（2）①根據信息可知：pH在4~6之間，生成VO2+，所以Ca(VO3)2與鹽酸反應離子方程式是：Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O ；正確答案：Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O。

②根據圖像變化可知：酸度大于3.2％時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大程度更大，因此酸浸時不選擇更高酸度；正確答案：酸度大于3.2％時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大程度更大。

（3）①浸出液中含有VO43—，加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀，便于釩元素的富集；正確答案：調節溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀（富集釩元素）。

② Ca3(VO4)2的濁液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq)，(NH4)2CO3溶液中的CO32與Ca2+結合生成更難溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，平衡正向移動，使釩從沉淀中溶出；因此向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液，可使釩從沉淀中溶出；正確答案：Ca3(VO4)2的濁液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ，(NH4)2CO3溶液中的CO32與Ca2+結合生成更難溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，平衡正向移動，使釩從沉淀中溶出。

③ 根據信息可知：pH＞8時，釩的主要存在形式為V2O74或VO43—等，不是VO3 ，NH4VO3的產量明顯降低；正確答案：pH＞8時，釩的主要存在形式不是VO3 。

（4）高錳酸鉀氧化亞鐵離子變為鐵離子，根據反應規律：MnO4--- 5Fe2+，消耗KMnO4的量b2×10-3×c2 mol，則消耗亞鐵離子的量為5b2×10-3×c2 mol，再根據VO2+ -- Fe2+關系可知，用來還原VO2+的亞鐵離子的量為b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol，因此VO2+ 的量為b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol，產品中V2O5的量為1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2) mol, 產品中V2O5的質量為1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2)×182=91(c1b1-5c2b2) ×10-3g，則產品中V2O5的質量分數是91(c1b1-5c2b2)/(1000a)；正確答案：91(c1b1-5c2b2)/(1000a)。