Question

隨著材料科學的發展，金屬釩及其化合物得到了越來越廣泛的應用，并被譽為“合金維生素”。工業上回收廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中釩的主要流程如下：

已知：（1）V₂O₅和NH₄VO₃均為難溶物，VOSO₄和(VO₂)₂SO₄均為易溶物。
（2） 2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺ = 2VO²⁺ + 2CO₂↑+ 2H₂O
回答下列問題：
（1）步驟①前，粉碎的目的是_________________________。
（2）步驟②中發生反應的離子方程式為__________________________。
（3）步驟③的變化過程可簡化為(HA表示有機萃取劑)：
VOSO₄ (水層)+ 2HA（有機層）VOA₂(有機層）+ H₂SO₄(水層)，則步驟④中可選擇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，以測定操作⑤后溶液中含釩量的步驟為：取10.0mL0.1mol/LH₂C₂O₄溶液于錐形瓶中，加入指標劑，將待測液盛放在滴定管中，滴定到終點時，消耗待測液的體積為10.0mL，由此可知(VO₂)₂SO₄溶液釩元素的含量為_________g/L。
（5）V₂O₅可用金屬(如Ca、Al)熱還原法獲得釩，則金屬鋁熱還原制得釩的化學方程式為_______________。

Answer 1

（1）增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率（2分）
（2）V₂O₅+ SO₃^2－+4H⁺=2VO²⁺ + SO₄^2－+2H₂O（2分）
（3）加入硫酸，可使平衡向左進行，使VOSO₄進入水層；（2分）
（4）10.2g/L （2分）
（5）3V₂O₅+10Al6V+5Al₂O₃（2分）

試題分析：（1）粉碎固體反應物，可以增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率。
（2）亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應方程式為：V₂O₅+ SO₃^2－+4H⁺=2VO²⁺ + SO₄^2－+2H₂O
（3）加入H₂SO₄，H₂SO₄濃度增大，步驟③化學平衡向向左移動，使VOSO₄進入水層。
（4）根據題目所給信息：2VO₂⁺  ~ H₂C₂O₄，可知(VO₂)₂SO₄溶液釩元素的含量為：0.1mol/L×0.01L×2×51g/mol÷0.01L= 10.2g/L。
（5）鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁，化學方程式為：3V₂O₅+10Al6V+5Al₂O₃