Question

【題目】二氧化釩（VO2）是一種新型熱敏材料。實驗室以V2O5為原料合成用于制備VO2的氧釩（ IV ）堿式碳酸銨晶體,過程如下:

V2O5VOCl2溶液（NH4）5[（VO）6（CO3）4（OH）9]10·H2O

回答下列問題：

（1）步驟i中生成VOCl2的同時生成一種無色無污染的氣體,該反應的化學方程式為____。也可只用濃鹽酸與V2O5來制備VOCl2溶液,從環境角度考慮,該方法的缺點是_______。

（2）步驟ii可在如圖裝置（氣密性良好）中進行。已知:VO2+能被O2氧化。

①藥品填裝完成后的實驗操作是____（填活塞“a”“b”的操作）。

②若無裝置B,則導致的后果是____。

（3）加完VOCl2后繼續攪拌數分鐘,使反應完全,小心取下分液漏斗,停止通氣,立即塞上橡膠塞,將錐形瓶置于CO2保護下的干燥器中，靜置過夜,得到紫紅色晶體,抽濾,并用飽和NH4HCO3溶液洗滌3次,用無水乙醇洗滌2次,除去水分,再用乙醚洗滌2次,抽干稱重。用飽和NH4 HCO3溶液洗滌除去的陰離子主要是____。

（4）測定氧釩（ IV ）堿式碳酸銨晶體粗產品中釩的含量。

稱量4.246g樣品于錐形瓶中,用20mL蒸餾水與30mL硫酸混合溶解后，加0.02 mol·L-1的KMnO4溶液至稍過量,充分反應后繼續加1% NaNO2溶液至稍過量，再用尿素除去過量的NaNO2 ,最后用0.08 mol·L-1的（NH4）2Fe（SO4）2標準溶液滴定至終點,消耗體積為30.00 mL。（滴定反應:VO2+ + Fe2++2H+=VO2++ Fe3++H2O）

①NaNO2溶液的作用是____。

②粗產品中釩的質量分數為____（精確到小數點后兩位）。

Answer 1

【答案】2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O 氯氣有毒，污染空氣 打開活塞a數分鐘后，再打開活塞b HCl與NH4HCO3反應 Cl- 除去過量的KMnO4 2.88%

【解析】

V2O5與鹽酸、N2H4﹒2HCl混合發生反應：2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O，得到VOCl2溶液，加碳酸氫銨溶液后得到氧釩(IV)堿式碳酸銨晶體。（1）根據原子守恒及氧化還原反應原理分析解答；（2）根據題給信息中+4價V易被氧化的性質分析解答；（3）根據原子守恒及晶體的組成分析解答；（4）根據滴定原理及氧化還原反應原理分析解答。

（1）根據原子守恒分析生成的一種無色無污染的氣體為N2，該反應的化學方程式為2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O；根據氧化還原反應原理分析，V被還原，則濃鹽酸的中Cl被氧化生成氯氣，氯氣有毒，污染空氣，故答案為：2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O；氯氣有毒，污染空氣；

（2）①已知VO2+能被O2氧化，故裝置中不能有空氣，所以反應前先通入CO2數分鐘排除裝置中的空氣，避免產物被氧化，所以實驗操作時先打開活塞a數分鐘后，再打開活塞b，故答案為：打開活塞a數分鐘后，再打開活塞b；

②A中制得的二氧化碳混有氯化氫氣體，B裝置中的試劑應是除去二氧化碳氣體中HCl氣體的飽和NaHCO3溶液，若無裝置B，則HCl與NH4HCO3反應，故答案為：HCl與NH4HCO3反應；

（3）根據原子守恒分析，及晶體的組成分析，NH4 HCO3溶液洗滌除去陰離子主要是Cl-，故答案為：Cl-；

（4）①根據分析，KMnO4溶液的作用是氧化V，NaNO2溶液的作用是除去過量的KMnO4，故答案為：除去過量的KMnO4；

②根據V元素的質量守恒，根據滴定反應VO2+ + Fe2++2H+=VO2++ Fe3++H2O，則n(V)=n((NH4)2Fe(SO4)2)= 0.08 mol·L-1×0.03L=0.0024mol，則粗產品中釩的含量為：，故答案為：2.88%。