Question

【題目】五氧化二釩廣泛用于冶金、化工等行業，用作合金添加劑、生產硫酸或石油精煉用的催化劑等。為回收利用含釩催化劑，研制了一種利用廢催化劑（含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸鹽）回收V2O5的新工藝流程如下：

已知：a.部分含釩物質常溫下在水中的溶解性如下表所示：

物質	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

b.+2OH-+H2O

回答下列問題：

（1）用水浸泡廢催化劑，為了提高單位時間內廢釩的浸出率，可以采取的措施為_________（寫一條）。

（2）濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，其存在形式為_______________（填離子符號）。

（3）在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液發生反應的化學方程式為_____________。

（4）生成VO2+的反應中消耗1molKClO3時轉移6mol電子，該反應的離子方程式為________________

（5）結合化學用語，用平衡移動原理解釋加入氨水的一種作用為__________________

（6）最后釩以NH4VO3的形式沉淀出來。以沉釩率（NH4VO3沉淀中V的質量和廢催化劑V的質量之比）表示該步反應釩的回收率。請解釋下圖溫度超過80℃以后，沉釩率下降的可能原因是________________________；___________________（寫兩條）。

（7）該工藝流程中可以循環利用的物質為__________________。

（8）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。已知被還原為Mn2+，假設雜質不參與反應。則產品中V2O5（摩爾質量：182 g·mol1）的質量分數是______。（列出計算式）

Answer 1

【答案】粉碎廢釩攪拌適當升溫 VO2＋ V2O5＋Na2SO3＋2H2SO4=2VOSO4＋Na2SO4＋2H2O 6VO2＋＋ClO3－＋3H2O= 6VO2＋＋Cl－＋6H＋ 作用1：溶液中存在平衡: VO2++2OH—VO3—+H2O,加入氨水,使OH—濃度增大,該平衡正移,從而使VO2+盡可能都轉化為VO3- 作用2：溶液中存在平衡: NH4VO3(s) NH4+ (aq)+ VO3-(aq), 加入氨水,使NH4+濃度增大,該平衡逆移,從而使NH4VO3盡可能沉淀析出 原因1：溫度升高，NH4VO3溶解度增大，沉釩率下降。 原因2：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使NH4+濃度下降，沉釩率下降。 氨水或NH3和H2O

【解析】

（1）用水浸泡廢催化劑，為了提高單位時間內廢釩的浸出率，可以用攪拌、粉碎的方式來增大固體與液體的接觸面積，也可以升高溫度；

（2）由部分含釩物質常溫下在水中的溶解性可知，濾液1溶質為VOSO4；

（3）濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，所以V2O5與亞硫酸鈉、硫酸反應生成VOSO4；

（4）KClO3與VO2＋反應生成V2O5，ClO3-作氧化劑，根據1molKClO3在反應時得到6mol電子，ClO3-被還原為Cl-；

（5）根據勒夏特列原理解釋加入氨水的作用；

（6）從NH4VO3的溶解度、以及氨水受熱分解的角度分析；

（7）NH4VO3受熱分解生成V2O5、氨氣、水，故可以循環的物質是氨水；

（8）根據元素化合價升降相等，滴定過程中由5(NH4)2Fe(SO4)2~KMnO4，則過量的(NH4)2Fe(SO4)2物質的量為5n(KMnO4)=5×b2c2×10-3mol，則與(VO2)2SO4溶液反應的(NH4)2Fe(SO4)2物質的量為(b1c1-5×b2c2)×10-3mol，根據釩元素守恒，則與V2O5 ~2VO2+~(NH4)2Fe(SO4)2，故n(V2O5)=5×(b1c1-5×b2c2)×10-4mol，據此計算可得。

（1）用水浸泡廢催化劑，為了提高單位時間內廢釩的浸出率，可以采取粉碎廢釩、攪拌、適當升溫等措施；

（2）由部分含釩物質常溫下在水中的溶解性可知，濾液1溶質為VOSO4，濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，其存在形式為VO2＋；

（3）濾渣1的成分為V2O5、不溶性硅酸鹽，因為濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，所以濾渣1的成分中的V2O5與與亞硫酸鈉、硫酸反應生成VOSO4，發生反應的化學方程式為V2O5＋Na2SO3＋2H2SO4=2VOSO4＋Na2SO4＋2H2O；

（4）生成VO2+的反應中消耗1molKClO3時轉移6mol電子，故ClO3-被還原為Cl-，反應的離子方程式為6VO2＋＋ClO3－＋3H2O= 6VO2＋＋Cl－＋6H＋；

（5）含VO2＋的溶液中加入氨水生成NH4VO3，用平衡移動原理解釋其作用，作用1：溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O，加入氨水，使OH—濃度增大，該平衡正移，從而使VO2+盡可能都轉化為VO3-，作用2：溶液中存在平衡: NH4VO3(s) NH4+ (aq)+ VO3-(aq)，加入氨水，使NH4+濃度增大，該平衡逆移，從而使NH4VO3盡可能沉淀析出；

（6）溫度超過80℃以后，沉釩率下降的原因：①溫度升高，NH4VO3溶解度增大，沉釩率下降；②溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，氨氣在水中的溶解度降低，使NH4+濃度下降，沉釩率下降；

（7）NH4VO3受熱分解的方程式為2NH4VO3V2O5+2NH3+H2O，故該工藝流程中可以循環利用的物質為NH3和H2O；

（8）根據元素化合價升降相等，滴定過程中由5(NH4)2Fe(SO4)2~KMnO4，則過量的(NH4)2Fe(SO4)2物質的量為5n(KMnO4)=5×b2c2×10-3mol，則與(VO2)2SO4溶液反應的(NH4)2Fe(SO4)2物質的量為(b1c1-5×b2c2)×10-3mol，根據釩元素守恒，則與V2O5 ~2VO2+~(NH4)2Fe(SO4)2，故n(V2O5)=5×(b1c1-5×b2c2)×10-4mol，則產品中V2O5 的質量分數是： = 。