Question

廢釩催化劑的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂和Fe₂O₃等，現欲利用以下工藝流程回收V₂O₅．

回答下列問題：
（1）VOSO₄中，V元素的化合價為

 

，①中產生的廢渣的主要成分是

 

．
（2）配平④中反應的離子方程式：

（3）25℃時，取樣進行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關系如下表：

pH	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率/%	94.8	96.0	98.0	98.8	98.2	96.4	93.1	89.3

試判斷在實際生產時，⑤中加入氨水調節溶液的最佳pH為

 

．
（4）生產時，將②中的酸性萃余液循環用于①中的水浸．在整個工藝流程中，可循環利用的物質還有

 

．
（5）成品V₂O₅可通過鋁熱反應來制取金屬釩，寫出該反應的化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：廢釩催化劑的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂和Fe₂O₃加硫酸，氧化鐵溶解，二氧化硅不溶解；加入還原劑，鐵離子被還原為亞鐵離子，V₂O₅被還原為VO²⁺離子，加入有機萃取劑，通過萃取，把剩余余酸和有機層分開，通過反萃取，把萃取劑和離子分開，加入氧化劑把VO²⁺氧化成VO³⁺，亞鐵離子氧化成鐵離子，調節pH得到含釩的沉淀，灼燒得到V₂O₅和氨氣，有機萃取劑和氨氣再循環利用．
（1）根據化合價代數和為0確定化合價；廢釩催化劑的主要成分中二氧化硅不溶于酸；
（2）用化合價升降法配平方程式；
（3）從沉淀率和pH關系找出最佳沉淀率；
（4）從流程圖分析循環的物質，③中有機萃取劑用于②中萃取，⑥中氨氣用于⑤中調節pH；
（5）鋁熱反應實質是置換反應，鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁．

解答： 解：廢釩催化劑的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂和Fe₂O₃加硫酸，氧化鐵溶解，二氧化硅不溶解；加入還原劑，鐵離子被還原為亞鐵離子，V₂O₅被還原為VO²⁺離子，加入有機萃取劑，通過萃取，把剩余余酸和有機層分開，通過反萃取，把萃取劑和離子分開，加入氧化劑把VO²⁺氧化成VO³⁺，亞鐵離子氧化成鐵離子，調節pH得到含釩的沉淀，灼燒得到V₂O₅和氨氣，有機萃取劑和氨氣再循環利用．
（1）氧的化合價為-2價，硫的化合價為+6價，設VOSO₄中V元素的化合價為x，根據化合價代數和為0得：x+6-5×2=0，解得x=+4；二氧化硅不和硫酸反應，故廢渣中含二氧化硅，故答案為：+4；SiO₂；
（2）氯元素化合價從+5→-1，化合價降低6，釩化合價從+4→+5，化合價升高1，二者最小公倍數為6，把變價元素配平，初步配平為：ClO₃^-+6VO²⁺+H⁺→6VO³⁺+Cl^-+H₂O，根據氧原子守恒確定H₂O前系數為3，氫離子前系數為6，故配平后為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺→6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺→6VO³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）從沉淀率和pH關系可知，隨pH增大，沉淀率先增大后減小，故沉淀率最大的pH即為最佳pH，pH=1.7，沉淀率最大，故答案為：1.7；
（4）從流程圖可知，③中有機萃取劑用于②中萃取，⑥中氨氣用于⑤中調節pH，故答案為：有機萃取劑、氨水（或氨氣）；
（5）鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁，反應反應方程式為3V₂O₅+10Al 

高溫  .

6V+5Al₂O₃，故答案為：3V₂O₅+10Al 

高溫  .

6V+5Al₂O₃．

點評：本題考察了工藝流程圖，中等難度．注意從流程中得到解題信息，配平時根據化合價升降總數相等來配平是常用方法．