Question

【題目】五氧化二釩及其他釩的化合物廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色合金、化工、煉油、玻璃及陶瓷等工業(yè)部門�？蓮暮�釩石煤灰渣中提釩，該試驗工藝流程如下圖：

表1 灰渣主要化學(xué)成分分析/%

V2O3	SiO2	Fe2O3	Al2O3	MgO	K2O	CaO	燒失量
1.26	55.71	6.34	7.54	1.26	3.19	1.41	20.55

表2中間鹽主要成分分析/%（以氧化物形式表示其含量）

V2O3	Al2O3	Fe2O3	MgO	K2O
5.92	1.70	18.63	2.11	3.38

已知：

①石煤灰渣的化學(xué)成分分析見表1，中間鹽的主要成分分析見表2。

②礦物焙燒過程中，若溫度過高，易發(fā)生燒結(jié)，溫度越高，燒結(jié)現(xiàn)象越嚴重。

③萃取反應(yīng)可以表示為：VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+，(o)表示有機相

④有機萃取劑(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V02+要強。

請回答：

（1）提高浸取率的方法有____________，殘渣的主要成分為______________________，

（2）經(jīng)幾級萃取后，有時候要適當加酸調(diào)整pH值，結(jié)合萃取反應(yīng)方程式，說明原因_____________。反萃取操作應(yīng)加入_____________試劑。

（3）中間鹽溶解過程中，加鐵粉的主要目的是_____________________。

（4）石煤中的釩以V(Ⅲ)為主，有部分V(Ⅳ)，很少見V(Ⅴ)。如圖1和如圖2分別為焙燒溫度和焙燒時間對釩浸出率的影響，由如圖2可得最佳焙燒時間為______________h，由如圖1可得最佳焙燒溫度為800-850℃之間，焙燒溫度在850℃以下時，釩浸出率隨焙燒溫度的上升幾乎直線上升的原因是_________________________，當焙燒溫度高超過850℃以后，再提高溫度，浸出率反而下降的可能原因是：_________________________。

（5）反萃取液中的VO2+，加入氯酸鈉后被氧化為VO2+，請寫出該反應(yīng)的離子方程式______________。然后用氨水調(diào)節(jié)pH到1.9～2.2沉釩，得多釩酸銨沉淀（化學(xué)式為(NH4)2V12O31·nH2O)，再經(jīng)固液分離、干燥、焙燒得五氧化二釩產(chǎn)品，請寫出此步反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________。

Answer 1

【答案】加熱，提高酸的濃度，粉碎等 SiO2 隨著萃取過程的進行，水相中的pH值有所下降，所以經(jīng)幾級萃取后需要調(diào)整pH值 H2SO4溶液 將VO2+還原為VO2+ 1.5-2.0之間 850℃以前，隨著焙燒溫度的升高，反應(yīng)速率加快，生成的高價釩化合物更多，因此浸出率上升。 850℃以后，樣品發(fā)生燒結(jié)，溫度越高，燒結(jié)現(xiàn)象越嚴重，從而使釩的浸出率下降。 3H2O+6VO2++ClO3-=Cl-+6VO2++6H+ (NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O

【解析】

（1）結(jié)合提高產(chǎn)率或原料利用率的角度分析；二氧化硅不溶于硫酸；

（2）結(jié)合萃取反應(yīng)分析萃取后水相的pH值變化；反萃取操作是使該萃取反應(yīng)平衡向逆反應(yīng)方向移動；

（3）結(jié)合已知信息④分析，鐵粉具有還原性；

（4）結(jié)合圖像分析作答；850℃以前，溫度可影響化學(xué)反應(yīng)速率和原料利用率，提高浸出率；850℃以后結(jié)合給定信息②進行解答；

（5）依據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律書寫該反應(yīng)的離子方程式；銨鹽焙燒過程中有氨氣生成，根據(jù)題意分析作答。

（1）加熱，提高酸的濃度，粉碎等均可提高浸取率；加硫酸酸浸后，二氧化硅不反應(yīng)，則殘渣的主要成分為SiO2，

故答案為：加熱，提高酸的濃度，粉碎等；SiO2；

（2）萃取反應(yīng)根據(jù)VO2++(HR2)PO4(o)→VO[R2PO4]R(o)+H+可知，隨著萃取過程的進行，水相中的氫離子濃度不斷增大，pH值有所下降，所以經(jīng)幾級萃取后需要調(diào)整pH值，反萃取時，可加入適量硫酸溶液，使平衡向逆向移動，達到反萃取的目的，

故答案為：隨著萃取過程的進行，水相中的pH值有所下降，所以經(jīng)幾級萃取后需要調(diào)整pH值 H2SO4溶液；

（3）由已知信息④可知，有機萃取劑(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取VO2+要強，所以在中間鹽溶液過程中，加入還原劑鐵粉，可將VO2+還原為VO2+，提高原料利用率，便于后續(xù)萃取操作，

故答案為：將VO2+還原為VO2+；

（4）圖2可得浸出率隨著焙燒時間呈增大趨勢，其最佳焙燒時間在1.5-2.0 h之間均可；浸出率隨溫度的變化曲線如圖1，其原因是，850℃以前，隨著焙燒溫度的升高，反應(yīng)速率加快，生成的高價釩化合物更多，因此浸出率上升；850℃以后，樣品發(fā)生燒結(jié)，溫度越高，燒結(jié)現(xiàn)象越嚴重，從而使釩的浸出率下降，

故答案為：1.5-2.0之間；850℃以前，隨著焙燒溫度的升高，反應(yīng)速率加快，生成的高價釩化合物更多，因此浸出率上升；850℃以后，樣品發(fā)生燒結(jié)，溫度越高，燒結(jié)現(xiàn)象越嚴重，從而使釩的浸出率下降；

（5）反萃取液中的VO2+，加入氯酸鈉后被氧化為VO2+，則NaClO3被還原為Cl-，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒，反應(yīng)的離子方程式為6VO2++ClO3-+3H2O=6VO2++Cl-+6H+；(NH4)2V12O31·nH2O再經(jīng)固液分離、干燥、焙燒得五氧化二釩產(chǎn)品，同時會有氨氣與水生成，其化學(xué)方程式為：(NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O，

故答案為：6VO2++ClO3-+3H2O=6VO2++Cl-+6H+；(NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O。