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的新工藝流程如圖：

已知：（1）部分含釩物質常溫下在水中的溶解性如表所示：

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

（2）VO2++OH-VO3-+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，在不加試劑情況下，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）每生成1mol（VO2）2SO4時轉移電子的數目為___。

（4）在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液發生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）新工藝流程的最后，釩以NH4VO3的形式沉淀出來；如圖中橫坐標表示反應II的溫度，縱坐標表示沉釩率，沉釩率是指NH4VO3沉淀中V元素的質量和廢催化劑中V元素的質量之比，也即是釩的回收率。請解釋圖中溫度超過80℃以后，沉釩率下降的可能原因是___。

（7）該工藝流程中可以循環利用的物質為__。

（8）若實驗室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有釩已換算成V2O5)。取100克該廢釩催化劑按工業生產的步驟進行實驗。當加入100mL0.1mol/L的KClO3溶液時，溶液中的釩恰好被完全處理，假設與KClO3反應后的操作步驟中釩沒有損失，則該實驗中釩的回收率是__（保留3位有效數字）。

Answer 1

【答案】粉碎廢釩；攪拌；適當升溫 VO2+ 2NA或1.204×1024 V2O5＋SO32-＋4H+=2VO2+＋SO42-＋2H2O 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。原因3：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。原因4：平衡VO2++2OH-VO3-+H2O，正反應可能是放熱反應，溫度升高，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降 氨水或NH3和H2O 91.0%

【解析】

廢釩催化劑粉碎、水浸，將溶解性物質溶于水，然后過濾得到濾渣和濾液，根據溶解性表知，濾液中含有VOSO4，濾渣中含有V2O5等不溶性雜質，向濾渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V2O5還原為VOSO4，然后過濾得到濾渣和濾液，將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO4氧化為(VO2)2SO4，加入氨水，得到難溶性的NH4VO3，焙燒NH4VO3得到V2O5，以此解答該題。

（1）水浸時，為了提高廢釩的浸出率，可粉碎廢釩、攪拌，適當升高溫度，延長浸泡時間；答案為：粉碎廢釩；攪拌；適當升溫；

（2）廢催化劑（含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸鹽）用水浸泡，根據題中信息，由于VOSO4是可溶的，過濾時進入慮液1中，又根據題中信息，濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，則釩的存在形式為VO2+；答案為VO2+。

（3）由2VOSO4→(VO2)2SO4可以知道，V由+4價到+5價，1摩爾V失1摩爾電子，而(VO2)2SO4中有2摩爾V，故每生成1mol(VO2)2SO4轉移2NA個電子；答案為2NA或1.204×1024。

（4）在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液發生反應的離子方程式為：V2O5+SO32-+4H+＝2VO2++SO42-+2H2O；答案為V2O5+SO32-+4H+＝2VO2++SO42-+2H2O。

（5）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-，另外溶液中存在平衡：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；答案為作用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）根據已知信息及物質的性質可知溫度超過80℃以后，沉釩率下降的可能原因是，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。原因3：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。原因4：平衡VO2++2OH-VO3-+H2O，正反應可能是放熱反應，溫度升高，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。

（7）釩酸銨加熱分解2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O；產物中有V2O5、NH3、H2O，則氨氣和水，可循環使用；答案為氨水或NH3和H2O。

（8）結合得失電子守恒和原子守恒配平得到加入氯酸鉀時發生的反應離子方程式為：6VO2++ClO3-+3H2O＝6VO2++Cl-+6H+，根據該離子方程式可得如下關系：3V2O5～6VO2+～ClO3-，100 mL0.1mol/L的KClO3溶液中ClO3-的物質的量為n(ClO3-)=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，則對應V2O5的物質的量為0.03mol，質量為：0.03mol×182g/mol=5.46g，所以該實驗中釩的回收率為：×100%=91.0%；答案為91.0%。