Question

五氧化二钒(V₂O₅)在冶金、搪瓷、磁性材料等领域有重要应用。实验室以含钒废料(含V₂O₃、CuO、MnO、SiO₂、Al₂O₃、有机物)为原料制备V₂O₅的一种流程如下：

已知：Ⅰ.含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表所示：

pH	4～6	6～8	8～10	10～12
含钒离子	VO2^+	VO3^-	V2O7^4-	VO4^3-

Ⅱ.25℃时，难溶电解质的溶度积常数如表所示：

难溶电解质	Cu(OH)2	Mn(OH)2	Al(OH)3
Ksp	2.2×10^－^20	4×10^－^14	1.9×10^－^33

Ⅲ.NH₄VO₃在水中的溶解度：20 ℃、4.8 g·L^－1；60 ℃、24.2 g·L^－1。

回答下列问题：

(1)“焙烧”的目的是_________________________。

(2)“滤渣1”的成分为________________。

(3)通过计算说明，常温下，若“调pH”为7，Cu^2＋是否沉淀完全：________________。(溶液中离子浓度小于10^－5mol·L^－1时，认为该离子沉淀完全)

(4)“沉锰”需将温度控制在70 ℃左右，温度不能过高或过低的原因为______________________。

(5)结晶所得NH₄VO₃需进行洗涤、干燥。合适的洗涤试剂为______________；证明NH₄VO₃已洗涤干净的实验操作及现象为_______________________________________________。

(6)“煅烧”时生成两种能参与大气循环的气体，该反应的化学方程式为____________________________。

Answer

除去有机物杂质，将V2O3氧化为V2O5 SiO2 Cu2＋沉淀完全 温度过低，反应速率慢，NH4VO3可能提前结晶析出导致产率低 冰水 取少量最后一次洗涤液于洁净的试管中，滴加BaCl2溶液，无明显现象，证明NH4VO3已洗涤干净 4NH4VO3＋3O2=2V2O5＋2N2＋8H2O

【解析】

含钒废料经过焙烧，除去了有机物，三氧化二钒经氧化后生成五氧化二钒，焙烧后的物质有CuO、MnO、SiO2、Al2O3，加入硫酸后，得到的滤渣1是SiO2，CuO，MnO，Al2O3， Cu2+，Mn2+，Al3+，V2O5转化为V 5+，调pH除去Cu2+， Al3+ ，将它们生成氢氧化铝，氢氧化铜沉淀，将V5+转化为VO3-，并且将加入碳酸氢铵，使Mn2+生成氢氧化锰沉淀，将VO3-转化为NH4VO3，再将NH4VO3煅烧制得V2O5。

(1)含钒废料(含V2O3、CuO、MnO、SiO2、Al2O3、有机物)为原料制备V2O5，焙烧是在空气中加热，有机物可以转化为二氧化碳和水而除去，同时将V2O3氧化为V2O5；

(2)焙烧后的物质有CuO、MnO、SiO2、Al2O3，加入硫酸后，CuO、MnO、Al2O3转化为Cu2+，Mn2+，Al3+，SiO2不与硫酸反应，滤渣1是SiO2；

(3) 常温下，“调pH”为7，c(H+)=10-7，c(OH-)==10-7，Ksp[Cu(OH)2]= c(Cu 2+)∙c2(OH-)=2.2×10－20， c(Cu 2+)===2.2×10-6小于10－5mol·L－1，所以铜离子沉淀完全了；

(4) 加入碳酸氢铵，使Mn2+生成氢氧化锰沉淀，如果温度过高，NH4HCO3分解导致原料利用率低，温度过低，反应速率慢，NH4VO3可能提前结晶析出导致产率低，故答案为温度过低，反应速率慢，NH4VO3可能提前结晶析出导致产率低，温度过高，NH4HCO3分解导致原料利用率低；

(5) NH4VO3在水中的溶解度：20 ℃、4.8 g·L－1；60 ℃、24.2 g·L－1，温度越高，溶解于水的NH4VO3越多，故可以选择冷水洗涤，降低它的损耗；

加入硫酸铵，制得NH4VO3晶体，故NH4VO3晶体是否清洗干净，需要检验溶液中是否有硫酸根离子，硫酸根离子的检验方法是滴加BaCl2溶液，若洗干净了，溶液中再无硫酸根离子，不会产生硫酸钡沉淀，故答案为取少量最后一次洗涤液于洁净的试管中，滴加BaCl2溶液，无明显现象，证明NH4VO3已洗涤干净；

(6)煅烧是将NH4VO3在空气中加强热反应生成大气循环的气体，根据元素守恒可以判断生成物是氮气，水和五氧化二钒，故答案为4NH4VO3＋3O2=2V2O5＋2N2＋8H2O。