Question

9．工業(yè)上常用釩爐渣（主要含F(xiàn)eO•V₂O₃，還有少量SiO₂、P₂O₅等雜質(zhì)）提取V₂O₅的流程如圖1

（1）焙燒的目的是將FeO•V₂O₃轉(zhuǎn)化為可溶性NaVO₃，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式4FeO•V₂O₅+4Na₂CO₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8NaVO₃+2Fe₂O₃+4CO₂；浸出渣的主要成分為Fe₂O₃（填化學(xué)式）．
（2）用MgSO₄溶液除硅、磷時(shí)，濾渣的主要成分為Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃．
①若濾液中c（SiO₃^2-）=0.08mol•L^-1，則c（PO₄^3-）=1.0×10^-8mol/L．
②隨著溫度的升高，Mg²⁺水解程度增大，導(dǎo)致除磷率下降，但除硅率升高，其原因是溫度升溫促進(jìn)SiO₃^2-水解生成硅酸沉淀，除硅率升高．
已知：K_sp（MgSiO₃）=2.4×10^-5，K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=2.7×10^-27；隨溫度升高，MgSiO₃、Mg₃（PO₄）₂的溶解度變化忽略不計(jì)．
（3）在焙燒NH₄VO₃的過(guò)程中，固體質(zhì)量的減少值（縱坐標(biāo)）隨溫度變化的曲線(xiàn)如圖2示，則210℃時(shí)，剩余固體物質(zhì)的化學(xué)式為HVO₃ ．
（4）元素釩在溶液中主要以V²⁺（紫色）、V³⁺（綠色）、VO²⁺（藍(lán)色）、VO₂⁺（黃色）等形式存在．釩液可充電電池的工作原理如圖3示．
已知溶液中c（H⁺）=1.0mol•L^-1，陰離子為SO₄^2-．
①充電時(shí)，左槽溶液顏色由藍(lán)色逐漸變?yōu)辄S色，其電極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．
②放電過(guò)程中，右槽溶液顏色變化為由紫色變化為綠色．
③放電時(shí)，若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3.01×10²²個(gè)，左槽溶液中n（H⁺）的變化量為減少0.05mol．

Answer 1

分析 釩爐渣（主要含F(xiàn)eO•V₂O₃，還有少量SiO₂、P₂O₅等雜質(zhì)），加入碳酸鈉通入空氣焙燒，產(chǎn)物水浸過(guò)濾得到濾渣主要是氧化鐵，溶液中加入硫酸鎂除去硅磷過(guò)濾，濾渣的主要成分為Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃．濾液中加入硫酸銨沉釩生成NH₄VO₃，受熱分解生成V₂O₅，
（1）焙燒的目的是將FeO•V₂O₃轉(zhuǎn)化為可溶性NaVO₃，氧化鐵和二氧化碳；浸出渣為氧化鐵；
（2）①根據(jù)Ksp（MgSiO₃）=c（Mg²⁺）c（SiO₃^2-）=2.4×l0^-5，結(jié)合c（SiO₃^2-）=0.08mol/L，K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=2.7×10^-27進(jìn)行計(jì)算c（PO₄^3-）；
②隨著溫度的升高，Mg²⁺水解程度增大，導(dǎo)致除磷率下降，但除硅率升高是因?yàn)樯郎卮龠M(jìn)硅酸根離子水解生成硅酸沉淀；
（3）210°C剩余固體占起始固體85.47%，NH₄VO₃的過(guò)程中生成氨氣和HVO₃，HVO₃，進(jìn)一步分解生成V₂O₅；
（4）①充電時(shí)，左槽溶液顏色由藍(lán)色逐漸變?yōu)辄S色是VO²⁺（藍(lán)色）變化為VO₂⁺（黃色），化合價(jià)升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②放電過(guò)程中，右槽為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，由V²⁺生成V³⁺；
③放電時(shí)，左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子為3.01×10²²個(gè)即為0.05 mol電子時(shí)，消耗氫離子為1 mol．

解答 解：釩爐渣（主要含F(xiàn)eO•V₂O₃，還有少量SiO₂、P₂O₅等雜質(zhì)），加入碳酸鈉通入空氣焙燒，產(chǎn)物水浸過(guò)濾得到濾渣主要是氧化鐵，溶液中加入硫酸鎂除去硅磷過(guò)濾，濾渣的主要成分為Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃．濾液中加入硫酸銨沉釩生成NH₄VO₃，受熱分解生成V₂O₅，
（1）焙燒的目的是將FeO•V₂O₃轉(zhuǎn)化為可溶性NaVO₃，氧化鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeO•V₂O₅+4Na₂CO₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8NaVO₃+2Fe₂O₃+4CO₂，浸出渣為氧化鐵，化學(xué)式為Fe₂O₃，
故答案為：4FeO•V₂O₅+4Na₂CO₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8NaVO₃+2Fe₂O₃+4CO₂；Fe₂O₃；
（2）①根據(jù)Ksp（MgSiO₃）=c（Mg²⁺）c（SiO₃^2-）=2.4×l0^-5，結(jié)合c（SiO₃^2-）=0.08mol/L計(jì)算鎂離子濃度，c（Mg²⁺）=$\frac{2.4×1{0}^{-5}}{0.08}$=3.0×10^-4mol/L，依據(jù)K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=2.7×10^-27進(jìn)行計(jì)算，c（PO₄^3-）=$\sqrt{\frac{2.7×1{0}^{-27}}{（3.0×1{0}^{-4}）^{3}}}$=1.0×10^-8mol/L，
故答案為：1.0×10^-8mol/L；
②隨著溫度的升高，Mg²⁺水解程度增大，導(dǎo)致除磷率下降，但除硅率升高是因?yàn)樯郎卮龠M(jìn)硅酸根離子水解生成硅酸沉淀，除硅率升高，
故答案為：溫度升溫促進(jìn)SiO₃^2-水解生成硅酸沉淀，除硅率升高；
（3）NH₄VO₃的過(guò)程中生成氨氣和HVO₃，HVO₃，進(jìn)一步分解生成V₂O₅，210°C若分解生成酸和氨氣，則剩余固體占起始固體百分含量=$\frac{100}{117}$×100%=85.47%，210℃時(shí)，剩余固體物質(zhì)的化學(xué)式為：HVO₃，
故答案為：HVO₃；
（4）①充電時(shí)，左槽溶液顏色由藍(lán)色逐漸變?yōu)辄S色是VO²⁺（藍(lán)色）變化為VO₂⁺（黃色），化合價(jià)升高失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺，
故答案為：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺；
②放電過(guò)程中，右槽為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，由V²⁺生成V³⁺，溶液顏色由紫色變?yōu)樗{(lán)色，故答案為：由紫色變?yōu)樗{(lán)色；
③放電時(shí)，左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子為3.01×10²²個(gè)物質(zhì)的量=$\frac{3.01×1{0}^{22}}{6.02×1{0}^{23}}$=0.05 mol電子時(shí)，消耗氫離子為1 mol，此時(shí)氫離子參與正極反應(yīng)，通過(guò)交換膜定向移動(dòng)使電流通過(guò)溶液，溶液中離子的定向移動(dòng)可形成電流，通過(guò)0.05mol電子，則左槽溶液中n（H⁺）的變化量減少物質(zhì)的量=1mol-0.05mol=0.05mol，
故答案為：減少0.05mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及原電池、電解池以及離子濃度大小比較等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，注意把握原電池、電解池的工作原理，為解答該題的關(guān)鍵，難度中等．