Question

(12分)接觸法制硫酸采用V₂O₅作催化劑，使用過的催化劑中含V₂O₅、VOSO₄和SiO₂，其中VOSO₄能溶于水，從使用過的V₂O₅催化劑中回收V₂O₅的主要步驟是：向使用過的催化劑中加硫酸和Na₂SO₃浸取還原，過濾得VOSO₄溶液；向濾液中加入KClO₃氧化，再加入氨水生成沉淀；將沉淀焙燒處理后得V₂O₅。
（1） V₂O₅被浸取還原的反應產物之一是VOSO₄，該反應的化學方程式為____。
（2） 若生產過程使用的硫酸用量過大，進一步處理時會增加________的用量。氨氣常用________檢驗，現象是________________________。
（3） 若取加入氨水后生成的沉淀(其摩爾質量為598 g·mol^－1，且僅含有四種元素)59．8 g充分焙燒，得到固體殘留物54．6 g，同時將產生的氣體通過足量堿石灰，氣體減少了1．8 g，剩余的氣體再通入稀硫酸則被完全吸收。通過計算確定沉淀的化學式(寫出計算過程)。　

Answer 1

（1） Na₂SO₃＋V₂O₅＋2H₂SO₄===2VOSO₄＋Na₂SO₄＋2H₂O(2分)
（2） 氨水(2分)　紅色的石蕊試紙(1分)　能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍(1分)
（3） n(沉淀)＝59．8 g/598 g·mol^－1＝0．1 mol
n(V)＝2n(V₂O₅)＝(54．6 g/182 g·mol^－1)×2＝0．6 mol(1分)
n(N)＝n(NH₃)＝(59．8 g－54．6 g－1．8 g)/17 g·mol^－1＝0．2 mol(1分)
n(H₂O)＝1．8 g/18 g·mol^－1＝0．1 mol
n(H)＝2n(H₂O)＋3n(NH₃)＝0．8 mol(1分)
n(O)＝n(H₂O)＋5n(V₂O₅)＝1．6 mol(1分)
沉淀的化學式為V₆H₈N₂O₁₆[或(NH₄)₂V₆O₁₆](2分)

試題分析：（1）Na₂SO₃浸取其被氧化為硫酸鹽；（2）加硫酸反應后，加入氨水產生沉淀，若硫酸過多，消耗更多氨水；（3）加入氨水產生的沉淀加熱產生氣體，根據反應物情況，該氣體只能為氨氣，分解還產生水，所以應含有V、N、H、O四種元素，
n(沉淀)＝59．8 g/598 g·mol^－1＝0．1 mol
由殘留物計算V的量
n(V)＝2n(V₂O₅)＝(54．6 g/182 g·mol^－1)×2＝0．6 mol(1分)
由硫酸增重（氨氣）計算N的量
n(N)＝n(NH₃)＝(59．8 g－54．6 g－1．8 g)/17 g·mol^－1＝0．2 mol(1分)
由堿石灰增重計算水的量，進一步計算H、O元素的量
n(H₂O)＝1．8 g/18 g·mol^－1＝0．1 mol
n(H)＝2n(H₂O)＋3n(NH₃)＝0．8 mol(1分)
n(O)＝n(H₂O)＋5n(V₂O₅)＝1．6 mol(1分)
沉淀的化學式為V₆H₈N₂O₁₆[或(NH₄)₂V₆O₁₆](2分)