Question

【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(zhì))，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(guān)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，將 V2O3 轉(zhuǎn)化為 Ca(VO3)2 的化學(xué)方程式是______________。

(2)酸浸:①Ca(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________。

②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)下圖推測，酸浸時不選擇更高酸度的原因是________________。

(3)轉(zhuǎn)沉： 將浸出液中的釩轉(zhuǎn)化為 NH4VO3 固體，其流程如下：

①浸出液中加入石灰乳的作用是_____。

②向(NH4)3VO4 溶液中加入 NH4Cl 溶液，控制溶液的 pH=7.5。當(dāng) 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 ag 產(chǎn)品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4 溶液。再加入 b1mLc1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2 溶液(VO2++2H++Fe2+=VO2++Fe3++H2O) 最后用 c2mol/LKMnO4 溶液滴定過量的(NH4)2Fe(SO4)2 至終點，消耗 KMnO4 溶液的體積為 b2mL。已知 MnO4-被還原為 Mn2+，假設(shè)雜質(zhì)不參與反應(yīng)。則產(chǎn)品中 V2O5 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是_____。(V2O5 的摩爾質(zhì)量:：182g/mol)

Answer 1

【答案】CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2 Ca(VO3)2+4H+=2+Ca2++2H2O 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 調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀 當(dāng)pH>8時，釩的主要存在形式不是

【解析】

向石煤中加生石灰焙燒，發(fā)生主要反應(yīng)：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2，加酸酸浸，將浸出液用石灰乳得到Ca3(VO4)2沉淀富集釩元素，向沉淀加入(NH4)2CO3溶液得到(NH4)3VO4溶液，向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5，得到NH4VO3，煅燒制得V2O5，

（1）V2O3與CaO、氧氣焙燒得到Ca(VO3)2，據(jù)此書寫；

（2）①根據(jù)題意，pH=4，Ca(VO3)2溶于鹽酸生成，據(jù)此書寫；

②根據(jù)酸度對釩和鋁的溶解量的圖可知，酸度超過3.2%，釩的溶解量變化不大；

（3）①石灰乳的作用是得到Ca3(VO4)2沉淀富集釩元素；

②根據(jù)圖表可知當(dāng)pH>8時，釩的主要存在形式發(fā)生改變；

（4）加入高錳酸鉀發(fā)生反應(yīng)：，根據(jù)消耗高錳酸鉀的量計算剩余的Fe2+物質(zhì)的量，再結(jié)合消耗的(NH4)2Fe(SO4)2計算反應(yīng)Fe2+物質(zhì)的量，結(jié)合關(guān)系式：計算。

（1）焙燒過程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2，CaO參與反應(yīng)，V元素化合價升高，需要氧氣參加反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2，

故答案為：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2；

（2）①Ca(VO3)2難溶于水，可溶于鹽酸，若焙砂酸浸時溶液的pH=4，由表中數(shù)據(jù)可知，Ca(VO3)2溶于鹽酸轉(zhuǎn)化為，反應(yīng)離子方程式為：Ca(VO3)2+4H+=2+Ca2++2H2O，

故答案為：Ca(VO3)2+4H+=2+Ca2++2H2O；

②根據(jù)如圖推測，酸浸時不選擇更高酸度的原因是：酸度大于span>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，

故答案為：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）焙燒過程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2，用鹽酸酸浸，浸出液中含有、Al3+、Ca2+、Cl、H+，加入石灰乳調(diào)節(jié)pH得到Ca3(VO4)2沉淀，由表中數(shù)據(jù)，可知應(yīng)控制pH范圍為1012，由Ca(VO3)2→Ca3(VO4)2，可知氫氧化鈣還提供Ca2+，過濾分離，Ca3(VO4)2與碳酸銨反應(yīng)轉(zhuǎn)化為更難溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，使釩從沉淀中轉(zhuǎn)移到溶液中形成(NH4)3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，調(diào)節(jié)溶液pH，同時溶液中增大，有利于析出(NH4)3VO3，

①浸出液中加入石灰乳的作用是：調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀，

故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀；

②當(dāng)pH>8時，釩的主要存在形式不是，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低，

故答案為：當(dāng)pH>8時，釩的主要存在形式不是；

（4）加入高錳酸鉀發(fā)生反應(yīng)：，反應(yīng)消耗KMnO4為b2×103L×c2molL1=b2c2×103mol，剩余的Fe2+物質(zhì)的量=5b2c2×103mol，與反應(yīng)Fe2+物質(zhì)的量=b1×103L×c1molL15b2c2×103mol=(b1c15b2c2)×103mol，由關(guān)系式可知n(V2O5)=mol，故產(chǎn)品中V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：，

故答案為：。