Question

8．金屬釩主要用于冶煉特種鋼和在化學工業(yè)、煉油工業(yè)中作催化劑，被譽為“合金的維生素”．回收利用廢釩催化劑（主要成分為V₂O₅、VOSO₄和二氧化硅）的工藝流程如圖所示．

（1）粉碎的作用是提高VOSO₄（可溶性釩化合物）的浸出率，濾渣可用于制作光導纖維、建筑材料等（填用途）．
（2）25時，取樣進行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關(guān)系如表所示：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率/%	88.1	91.8	96.5	98	99.8	9.8	96.4	93.0	89.3

根據(jù)表數(shù)據(jù)判斷，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH的最佳選擇為1.7-1.8；上述過濾操作過程中所需用到的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒．
（3）為了提高釩的浸出率，用酸浸使廢釩催化劑中的V₂O₅轉(zhuǎn)變成可溶于水的VOSO₄，酸浸過程中還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2：1．
（4）完成并配平氧化過程中的離子方程式：
1ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+1Cl^-+3H₂O．
（5）廢釩催化劑中V₂O₅的質(zhì)量分數(shù)為6%（原料中的所有釩已換算成V₂O₅）．取100g此廢釩催化劑按上述流程進行實驗，當加入105mL 0.1mol•L^-1的KClO₃溶液時，溶液中的釩恰好被完全處理，假設(shè)以后各步釩沒有損失，則該工業(yè)生產(chǎn)中釩的回收率是95.55%．

Answer 1

分析 廢釩催化劑（主要成分為V₂O₅、VOSO₄和二氧化硅），粉碎后加水水浸過濾，據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水，V₂O₅和SiO₂即為得到的濾渣，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，過濾得到濾液B凈化，和濾液A混合加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）粉碎的目的是增大接觸面積通過浸出率濾渣主要成分為V₂O₅和SiO₂；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.7-1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較小；
（3）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，寫出離子方程式計算；
（4）氯元素化合價+5價變化為-1價，電子轉(zhuǎn)移6e^-，釩元素化合價+4價變化為+5價，電子轉(zhuǎn)移e^-，所以VO²⁺和 VO³⁺+前的系數(shù)為6，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平；
（5）由反應的方程式：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-，
可得關(guān)系式：3V₂O₅～6VO²⁺～C1O₃^-，依據(jù)定量關(guān)系計算得到．

解答 解：（1）粉碎的作用是增大接觸面積，提高VOSO₄（可溶性釩化合物）的浸出率，濾渣中二氧化硅可用于制作光導纖維、建筑材料等，
故答案為：提高VOSO₄（可溶性釩化合物）的浸出率；制作光導纖維、建筑材料等；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.7-1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較小，過濾操作過程中所需用到的玻璃儀有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：1.7-1.8；漏斗、燒杯、玻璃棒；
（3）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，酸浸過程中還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2：1，
故答案為：2：1；
（4）氯元素化合價+5價變化為-1價，電子轉(zhuǎn)移6e^-，釩元素化合價+4價變化為+5價，電子轉(zhuǎn)移e^-，所以VO²⁺和 VO³⁺+前的系數(shù)為6，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平得到反應的離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：1、6、6H⁺、6、1、3H₂O；
（5）由反應的方程式：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-，
可得關(guān)系式：3V₂O₅～6VO²⁺～C1O₃^-，
則n（V₂O₅）=3n（C1O₃^-）=3n（KC1O₃）=3×0.105L×0.1mol•L^-1=0.0315mol，100g此廢釩催化劑含m（V₂0₅）=100g×6%=6g，n（V₂O₅）=$\frac{6g}{182g/mol}$=$\frac{6}{182}$mol，釩的回收率為：$\frac{0.0315mol}{\frac{6}{182}mol}$×100%=95.55%；
故答案為：95.55%．

點評 本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗設(shè)計的方法應用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．