【題目】工業(yè)上用含三價釩(V2O3為主的某石煤為原料(含有Al2O3、CaO等雜質),鈣化法焙燒制備V2O5,其流程如下:

資料】:+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系

pH

4~6

6~8

8~10

10~12

主要離子

VO2+

VO3

V2O74

VO43

(1)焙燒:向石煤中加生石灰焙燒V2O3轉化為Ca(VO3)2的化學方程式是______。

(2)酸浸: ① Ca(VO3)2難溶于水,可溶于鹽酸。若焙砂酸浸時溶液的pH=4,Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式是______

酸度對釩和鋁的溶解量的影響如圖所示:酸浸時溶液的酸度控制在大約3.2%,根據(jù)如圖推測酸浸時不選擇更高酸度的原因是______。

(3)轉沉:將浸出液中的釩轉化為NH4VO3固體,其流程如下:

浸出液中加入石灰乳的作用是______。

已知CaCO3的溶解度小于Ca3(VO4)2。Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液,可使釩從沉淀中溶出。結合化學用語,用平衡移動原理解釋其原因______。

(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液,控制溶液的pH=7.5。當pH>8時,NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低,原因是______。

(4)測定產(chǎn)品中V2O5的純度:

稱取a g產(chǎn)品,先用硫酸溶解,得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1 mL c1 mol·L1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO2+ + 2H+ + Fe2+ == VO2+ + Fe3+ + H2O)。最后用c2 mol·L1 KMnO4溶液滴定過量的(NH4)2Fe(SO4)2至終點,消耗KMnO4溶液的體積為b2 mL。已知 MnO4被還原為Mn2+,假設雜質不參與反應。則產(chǎn)品中V2O5的質量分數(shù)是______。(V2O5的摩爾質量:182 g·mol1

【答案】 CaO + O2 + V2O3 ==== Ca(VO3)2 Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O 酸度大于3.2%,釩的溶解量增大不明顯,而鋁的溶解量增大程度更大 調節(jié)溶液的pH,并提供Ca2+,形成Ca3(VO4)2沉淀(富集釩元素) Ca3(VO4)2的濁液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ,(NH4)2CO3溶液中的CO32Ca2+結合生成更難溶的CaCO3沉淀,c(Ca2+)降低,平衡正向移動,使釩從沉淀中溶出 pH>8,釩的主要存在形式不是VO3 91(c1b1-5c2b2)/(1000a)

【解析】1)根據(jù)反應流程:向石煤中加生石灰焙燒,V2O3與氧化鈣和氧氣反應生成Ca(VO3)2,化學方程式是CaO + O2 + V2O3 Ca(VO3)2 ;正確答案CaO + O2 + V2O3 Ca(VO3)2

2)①根據(jù)信息可知:pH4~6之間,生成VO2+,所以Ca(VO3)2與鹽酸反應離子方程式是:Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O正確答案Ca(VO3)2 + 4H+ == 2VO2+ + Ca2+ + 2H2O。

②根據(jù)圖像變化可知:酸度大于3.2%時,釩的溶解量增大不明顯,而鋁的溶解量增大程度更大,因此酸浸時不選擇更高酸度;正確答案:酸度大于3.2%時,釩的溶解量增大不明顯,而鋁的溶解量增大程度更大。

(3)①浸出液中含有VO43,加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀,便于釩元素的富集正確答案調節(jié)溶液的pH,并提供Ca2+,形成Ca3(VO4)2沉淀(富集釩元素)。

② Ca3(VO4)2的濁液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq),(NH4)2CO3溶液中的CO32Ca2+結合生成更難溶的CaCO3沉淀,c(Ca2+)降低,平衡正向移動,使釩從沉淀中溶出;因此向Ca3(VO4)2沉淀中加入(NH4)2CO3溶液,可使釩從沉淀中溶出;正確答案:Ca3(VO4)2的濁液中存在平衡Ca3(VO4)2(s)3Ca2+(aq) + 2VO43(aq) ,(NH4)2CO3溶液中的CO32Ca2+結合生成更難溶的CaCO3沉淀,c(Ca2+)降低,平衡正向移動,使釩從沉淀中溶出

根據(jù)信息可知:pH>8,釩的主要存在形式為V2O74VO43—,不是VO3 ,NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低;正確答案:pH>8,釩的主要存在形式不是VO3 。

(4)高錳酸鉀氧化亞鐵離子變?yōu)殍F離子,根據(jù)反應規(guī)律:MnO4--- 5Fe2+,消耗KMnO4的量b2×10-3×c2 mol,則消耗亞鐵離子的量為5b2×10-3×c2 mol,再根據(jù)2+ -- Fe2+關系可知,用來還原VO2+的亞鐵離子的量為b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol,因此VO2+ 的量為b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2 mol,產(chǎn)品中V2O5的量為1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2) mol, 產(chǎn)品中V2O5的質量為1/2(b1×c1×10-3-5b2×10-3×c2)×182=91(c1b1-5c2b2) ×10-3g,則產(chǎn)品中V2O5的質量分數(shù)是91(c1b1-5c2b2)/(1000a);正確答案:91(c1b1-5c2b2)/(1000a)。

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