Question

金屬釩被譽(yù)為“合金的維生素”，釩及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用．從廢釩催化劑（主要成分有V₂O₅，VOSO₄，K₂SO₄，SiO₂等）中回收V₂O₅的生產(chǎn)流程圖如下：

請回答：
（1）進(jìn)行步驟①前，將廢釩催化劑粉碎的目的是

 

．寫出步驟①中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有

 

．②③變化過程可簡化為（下式R表示VO²⁺，HA表示有機(jī)萃取劑）R₂（SO₄）_n（水層）+2n HA（有機(jī)層）?2RA_n（有機(jī)層）+n H₂SO₄（水層），為提高②中萃取百分率，應(yīng)采取的措施是

 

；
（3）25°C時，取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系如下表：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

通過上表數(shù)據(jù)分析，在實(shí)際生產(chǎn)中，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為

 

；
（4）在焙燒NH₄VO₃的過程中，固體質(zhì)量的減少值（縱坐標(biāo)）隨溫度變化的曲線如圖所示，則NH₄VO₃在分解過程中

 

．
A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃
B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同時分解失去H₂O和NH₃
D．同時分解失去H₂、N₂和H₂O
（5）全釩液儲能電池的電解質(zhì)溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺

放電

充電

VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池放電時正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)："三廢"處理與環(huán)境保護(hù)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計題

分析：生產(chǎn)流程：廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等），據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水，即為得到的濾渣亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機(jī)層）?RA_n（有機(jī)層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行；加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來回答；亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，據(jù)此書寫離子方程式；
（2）萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有分液漏斗和燒杯；反萃取時分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機(jī)層）?VOA₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層），為提高②中萃取百分率，則加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃��；
（3）從沉淀率和pH關(guān)系找出最佳沉淀率；
（4）根據(jù)NH₄VO₃在焙燒變化的圖象中固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)合方程式分析；
（5）根據(jù)正極反應(yīng)是還原反應(yīng)書寫．

解答： 解：生產(chǎn)流程：廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等），據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水，即為得到的濾渣亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機(jī)層）?RA_n（有機(jī)層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行；加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）將固體粉碎，增加固體的表面積，可以加快浸出速率，亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，所以步驟①中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率；V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有分液漏斗和燒杯；反萃取時分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機(jī)層）?VOA₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層），為提高②中萃取百分率，則加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃取，
故答案為：分液漏斗和燒杯；加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃取；
（3）從沉淀率和pH關(guān)系可知，隨pH增大，沉淀率先增大后減小，故沉淀率最大的pH即為最佳pH，pH=1.7～1.8，沉淀率最大，故答案為：1.7～1.8；
（4）根據(jù)NH₄VO₃在焙燒變化的圖象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g          34g  18g
210℃時，固體質(zhì)量減少值為1-85.47%=14.54%，380℃時，根據(jù)質(zhì)量減少值為85.47-77.78%=7.69%，
根據(jù)方程式知，生成水時固體質(zhì)量減少分?jǐn)?shù)小于生成氨氣時，所以210℃時減少的是氨氣，380℃時減少的是水，則該反應(yīng)過程中先失去氨氣后失去水，故選B；
（5）正極反應(yīng)是還原反應(yīng)，由電池總反應(yīng)可知放電時的正極反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

點(diǎn)評：本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計的方法應(yīng)用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．