Question

2．廢釩催化劑提取純凈V₂O₅的一種流程如圖一所示：
（1）廢釩催化劑需粉碎處理，目的是加快反應(yīng)速率．
（2）填寫并配平步驟②中的離子反應(yīng)方程式．
6VO²⁺+1C1O₃^-+6H₂O=3V₂O₅↓+1Cl^-+12H⁺；
（3）根據(jù)圖二和下表信息，步驟②調(diào)節(jié)pH的合適范圍是2.0～2.5．

	開(kāi)始沉淀pH	完全沉淀pH
Fe（OH）2	6.5	9.7
Fe（OH）3	2.5	3.7

溶液中有關(guān)離子沉淀的pH
（4）V₂O₅和NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O．
（5）步驟④中需加人硫酸，其原因是使NH₄⁺的水解平衡向逆方向移動(dòng)，增加NH₄⁺的離子濃度，增加NH₄VO₃的產(chǎn)量．
（6）焙燒產(chǎn)生的氣體用硫酸吸收后，其產(chǎn)物可以在該工藝中循環(huán)利用．
（7）V₂O₅可制成某電池的電解液．該電池的總反應(yīng)為：VO₂⁺+2H⁺+V²⁺?V³+VO²⁺+H₂O，則放電時(shí)的負(fù)極產(chǎn)物為V³⁺．

Answer 1

分析 廢釩催化劑加入亞硫酸鈉、稀硫酸浸泡，然后過(guò)濾得到濾渣和濾液，濾液中含有VO²⁺和Fe²⁺，向?yàn)V液中加入氯酸鉀并調(diào)節(jié)溶液pH，氯酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能將VO²⁺氧化生成V₂O₅沉淀，氯酸鉀將亞鐵離子氧化生成鐵離子，然后過(guò)濾得到濾液，濾液中含有氯酸鉀、鐵離子、HCl等，將濾渣用NaOH溶液溶解并過(guò)濾得到濾渣和含有VO₃^-溶液，向?yàn)V液中加入稀硫酸、硫酸銨，得到濾渣和固體NH₄VO₃，將NH₄VO₃焙燒得到V₂O₅和氨氣，
（1）反應(yīng)物的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；
（2）步驟②中VO²⁺和C1O₃^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Cl元素化合價(jià)由+5價(jià)變?yōu)?1價(jià)，所以氯酸根離子作氧化劑，則VO²⁺作還原劑，化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?5價(jià)；
（3）步驟②得到鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH使V₂O₅沉淀但不能使鐵離子產(chǎn)生沉淀；
（4）V₂O₅和NaOH溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成NaVO₃；
（5）硫酸銨溶液呈酸性，步驟④中需加人硫酸，抑制銨根離子水解；
（6）焙燒產(chǎn)生的氣體是氣體，用稀硫酸吸收得到硫酸銨；
（7）V₂O₅可制成某電池的電解液．該電池的總反應(yīng)為：VO₂⁺+2H⁺+V²⁺?V³+VO²⁺+H₂O，放電時(shí)的負(fù)極上V²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：廢釩催化劑加入亞硫酸鈉、稀硫酸浸泡，然后過(guò)濾得到濾渣和濾液，濾液中含有VO²⁺和Fe²⁺，向?yàn)V液中加入氯酸鉀并調(diào)節(jié)溶液pH，氯酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能將VO²⁺氧化生成V₂O₅沉淀，氯酸鉀將亞鐵離子氧化生成鐵離子，然后過(guò)濾得到濾液，濾液中含有氯酸鉀、鐵離子、HCl等，將濾渣用NaOH溶液溶解并過(guò)濾得到濾渣和含有VO₃^-溶液，向?yàn)V液中加入稀硫酸、硫酸銨，得到濾渣和固體NH₄VO₃，將NH₄VO₃焙燒得到V₂O₅和氨氣，
（1）反應(yīng)物的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快，廢釩催化劑需粉碎處理，目的是增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，故答案為：加快反應(yīng)速率；
（2）步驟②中VO²⁺和C1O₃^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Cl元素化合價(jià)由+5價(jià)變?yōu)?1價(jià)，所以氯酸根離子作氧化劑，則VO²⁺作還原劑，化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?5價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)是6，反應(yīng)方程式為6VO²⁺+ClO₃^-+6H₂O=3V₂O₅↓+Cl^-+12H⁺，
故答案為：6；1；6H₂O；3V₂O₅↓；1；12H⁺；
（3）步驟②得到鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH使V₂O₅沉淀但不能使鐵離子產(chǎn)生沉淀，結(jié)合圖2及鐵離子沉淀需要pH知，調(diào)節(jié)的pH范圍是2.0-2.5，
故答案為：2.0～2.5；
（4）V₂O₅和NaOH溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成NaVO₃，反應(yīng)方程式為V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O，
故答案為：V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O；
（5）硫酸銨溶液呈酸性，步驟④中需加人硫酸，抑制銨根離子水解，使NH₄⁺的水解平衡向逆方向移動(dòng)，增加NH₄⁺的離子濃度，增加NH₄VO₃的產(chǎn)量，
故答案為：使NH₄⁺的水解平衡向逆方向移動(dòng)，增加NH₄⁺的離子濃度，增加NH₄VO₃的產(chǎn)量；
（6）焙燒產(chǎn)生的氣體是氣體，用稀硫酸吸收得到硫酸銨，硫酸銨能循環(huán)利用，故答案為：硫酸；
（7）V₂O₅可制成某電池的電解液．該電池的總反應(yīng)為：VO₂⁺+2H⁺+V²⁺?V³+VO²⁺+H₂O，放電時(shí)的負(fù)極上V²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為V²⁺-e^-=V³⁺，所以產(chǎn)物是V³⁺，故答案為：V³⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及原電池原理、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)速率影響因素、基本操作等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重考查基本原理，明確流程圖中每一步發(fā)生的反應(yīng)、物質(zhì)性質(zhì)及基本操作是解本題關(guān)鍵，注意從整體把握分析，題目難度中等．