Question

回收利用廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣），最新一種離子交換法回收釩工藝，主要流程如下：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下：

物質(zhì)	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

回答下列問題：
（1）工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，該反應(yīng)的氧化劑為

 

．
（2）濾液中含釩的主要成分為

 

 （填化學(xué)式）．
（3）該工藝中反應(yīng)①的化學(xué)方程式為

 

；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)（NH₄Cl加入質(zhì)量與料液中V₂O₅的質(zhì)量比）和溫度．根據(jù)如圖判斷最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度分別為

 

、

 

．
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以測定反應(yīng)②后溶液中含釩量，反應(yīng)方程式為2VO

+ 2

+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，其中n、m分別為

 

、

 

．

Answer 1

分析：（1）鋁熱反應(yīng)中鋁做還原劑，金屬的氧化物做氧化劑，據(jù)此進行分析；
（2）根據(jù)廢釩催化劑的組成及表中數(shù)據(jù)判斷濾液主要成分；
（3）反應(yīng)①是利用亞硫酸鈉在酸性溶液中的還原性把難溶的V₂O₅轉(zhuǎn)化為易溶于水的VOSO₄便于釩的提取，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；根據(jù)題中圖象分析坐標(biāo)系中表示的含義，結(jié)合圖中的沉礬率與沉淀溫度關(guān)系選擇最佳溫度，再根據(jù)沉礬率與氯化銨系數(shù)選擇最佳的氯化銨系數(shù)；
（4）離子方程式中一定滿足質(zhì)量守恒和電荷守恒，先根據(jù)電荷守恒計算出n，再根據(jù)氫原子質(zhì)量守恒計算出m．

解答：解：（1）工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，鋁熱反應(yīng)中鋁為還原劑，則金屬的氧化物被還原，在反應(yīng)中作氧化劑，所以氧化劑為V₂O₅，
故答案為：V₂O₅ ；
（2）廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣，由于V₂O₅為難溶物，所以濾液中含釩的主要成分為VOSO₄，
故答案為：VOSO₄ ；
（3）反應(yīng)①的目的是把難溶的五氧化二釩還原為溶于水的VOSO₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：V₂O₅+Na₂SO₃+2H₂SO₄═VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O；工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉礬率）是回收釩的關(guān)鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)（NH₄Cl加入質(zhì)量與料液中V₂O₅的質(zhì)量比）和溫度，根據(jù)沉釩率與沉淀溫度的圖象可知，在80℃時沉礬率最高為98%，再根據(jù)氯化銨系數(shù)與沉釩率可知，氯化銨系數(shù)為4時沉釩率最高，所以最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度分別為：4，80℃，
故答案為：V₂O₅+Na₂SO₃+2H₂SO₄═VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O； 4； 80℃；
（4）2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，根據(jù)電荷守恒，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根據(jù)氫原子質(zhì)量守恒看得：2+2=2m，則m=2，
故答案為：2；2．

點評：本題考查了金屬的回收與資源保護、鋁熱反應(yīng)原理、氧化還原反應(yīng)配平等知識，題目難度中等，正確分析、理解工業(yè)流程是解題關(guān)鍵，注意明確鋁熱反應(yīng)原理及電荷守恒、質(zhì)量守恒在配平反應(yīng)方程式中的應(yīng)用．