Question

以硅藻土为载体的五氧化二钒（V₂O₅）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V₂O₅既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：

物质	V2O5	V2O4	K2SO4	SiO2	Fe2O3	Al2O3
质量分数/%	2.2~2.9	2.8~3.1	22~28	60~65	1~2	<1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）“酸浸”时V₂O₅转化为VO₂⁺，反应的离子方程式为___________，同时V₂O₄转成VO²⁺。“废渣1”的主要成分是__________________。

（2）“氧化”中欲使3 mol的VO²⁺变为VO₂⁺，则需要氧化剂KClO₃至少为______mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V₄O₁₂⁴⁻形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+ V₄O₁₂⁴⁻ R₄V₄O₁₂+4OH⁻（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_____性（填“酸”、“碱”或“中”）。

（5）“流出液”中阳离子最多的是________。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH₄VO₃）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。

Answer

（1）V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；SiO2；（2）0.5；（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）碱；（5）K＋；（6）2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑。

【解析】

试题分析：（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V元素化合价不变，说明不是氧化还原反应，根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；二氧化硅与酸不反应，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。

（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，V元素化合价从＋4价升高到＋5价，而氧化剂KClO3中氯元素化合价从＋5价降低到－1价，则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为3mol÷6＝0.5mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中，同时生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，则“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。

（4）根据方程式可知为了提高洗脱效率，反应应该向逆反应方向进行，因此淋洗液应该呈碱性。

（5）由于前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子。

（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵（NH4VO3）“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑。

【考点定位】考查物质制备工艺流程图分析

【名师点睛】本题是工艺流程问题，涉及氧化还原反应方程式的书写、步骤的分析、氧化还原反应的计算、元素及其化合物的性质等知识，旨在发挥理论对实践的指导作用，将其应用于实践来解决实际问题，达到学以致用的目的。本题充分体现了“源于教材又不拘泥于教材”的指导思想，在一定程度上考查了学生的知识的灵活运用能力和分析问题解决问题的能力。书写离子反应方程式，首先找出反应物和生成物，然后判断此反应是否属于氧化还原反应，最后根据原子守恒、反应前后电荷守恒配平其他。工艺流程中充分把握题目所给数据，如本题中SiO2的质量分数在60%～65%，因此滤渣1的主要成分是SiO2，因为SiO2属于酸性氧化物，不与硫酸反应。氧化还原反应实质是电子的得失或偏移，即得失电子数目守恒，氧化还原反应的计算常常采用得失电子数目守恒进行计算，即氧化剂的物质的量×变价原子个数×化合价的变化值=还原剂的物质的量×变价原子个数×化合价的变化值，本题是3×1×1=n(KClO3)×1×6，解得x=0.5mol；化学平衡原理适用于任何化学平衡，如果改变影响平衡的一个条件，化学平衡会向能够减弱这种改变的方向移动。本题难度适中。