Question

钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工等领域。目前工业上使用一种新工艺，以便从冶炼铝的固体废料一赤泥中提取金属钒，赤泥主要含有Fe₂O₃、Al₂O₃、V₂O₅和CuO，具体工艺流程图如下:

已知:钒有多种价态，其中+5 价最稳定。钒在溶液中主要以VO₂⁺和VO₃^-的形式存在，且存在平衡VO₂⁺+H₂OVO₃^-+2H⁺。回答下列问题:

(1)磁性产品的化学式为_________________________。

(2)赤泥加入NaOH溶液，发生的离子反应方程式为___________________。能否用氨水代替NaOH溶液，___________(填“能”或“不能”)，理由是___________________________________________。

(3)滤液1生成沉淀的离子反应方程式为_________________________________________。

(4)调至pH=8的目的有两个，一是___________________，二是使VO₂⁺转化为VO₃^-，此时溶液中VO₂⁺和VO₃^-的物质的量之比为a:b，VO₂⁺+H₂OVO₃^-+2H⁺的平衡常数K=____________________。

(5)滤液2加氯化铵生成NH₄VO₃的离子方程式为__________________________，该反应能发生是因为__________________________________________。

Answer

Fe3O4 Al2O3+2OH==2A1O2+H2O 不能 Al2O3不溶于氨水 AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3- 除去铜离子(其他等案合理均得分) (b×10-16)/a VO3+NH4+=NH4VO3↓ NH4VO3难溶

【解析】(1)四氧化三铁具有铁磁性，化学式为Fe3O4 ；正确答案：Fe3O4。

(2)从样品中分析可知，赤泥主要含有Fe2O3、Al2O3、V2O5和CuO，其中能与强碱溶液反应的只有氧化铝，反应生成偏铝酸钠和水，离子反应方程式为：Al2O3+2OH-=2A1O-2+H2O；氧化铝只能与强酸、强碱反应，不与弱碱反应；所以不能用氨水代替NaOH溶液；正确答案：Al2O3+2OH==2A1O2+H2O ； 不能 ；Al2O3不溶于氨水。

(3) 滤液1为偏铝酸钠溶液，通入足量的二氧化碳后生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，离子反应方程式为：AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3-；正确答案：AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3-。

(4) 赤泥主要含有Fe2O3、Al2O3、V2O5和CuO，加入碱溶解后，氧化铝变为偏铝酸盐进入溶液6中，氧化铁被还原为铁而除去，氧化铜还原为铜经过处理后变为硫酸铜溶液，调至溶液的pH=8，使溶液中的铜离子变为沉淀而除去；根据平衡VO2++H2OVO3-+2H+，溶液变为碱性后，中和了氢离子，平衡右移，使VO2+转化为VO3-，溶液的pH=8，c(OH-)=10-6mol/L, c(H+)=10-8 mol/L, 此时溶液中VO2+和VO3-的物质的量之比为a:b K=c(H+)2×c(VO3-)/ c( VO2+)=10-16×b/a；所以VO2++H2OVO3-+2H+的平衡常数K=(b×10-16)/a ；正确答案：(b×10-16)/a 。

(5)滤液2中含有VO-3，加氯化铵反应生成溶解度小的NH4VO3，离子方程式为VO-3+NH4+=NH4VO3↓；该反应能发生是因为NH4VO3难溶；正确答案：VO-3+NH4+=NH4VO3↓；NH4VO3难溶。