Question

五氧化二钒(V₂O₅)在冶金、搪瓷、磁性材料等领域具有重要的应用。实验室以含钒废料(含有V₂O₃、CuO、MnO、SiO₂、有机物)为原料制备V₂O₅的工艺流程如图所示。

已知：Ⅰ.含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表所示。

pH	4～6	6～8	8～10	10～12
主要存在形式	VO^2+	VO3^-	V2O7^4-	VO4^3-

Ⅱ.25℃时，部分难溶电解质的溶度积常数如下表所示。

难溶电解质	Cu(OH)2	Mn(OH)2
溶度积常数(Ksp)	4.8×10^-20	4×10^-14

Ⅲ.25℃时，NH₄VO₃的溶解度为0.4g•L^-1；70℃时，NH₄VO₃的溶解度为63g•L^-1。

请回答下列问题：

（1）“焙烧”的目的是___。

（2）滤渣1的用途为___(任写一种)。

（3）“调pH”的目的除了使Cu²⁺沉淀完全外，还有___；调节pH为7时，Cu²⁺是否沉淀完全？___。(写出计算过程，当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”时，需将温度控制在70℃左右，温度不能过高或过低的原因为___。

（5）“浓缩结晶”后，需对所得NH₄VO₃进行洗涤、干燥。洗涤剂宜选用___；证明NH₄VO₃已洗涤干净的实验操作及现象为___。

（6）“煅烧”时，生成无污染性气体，该反应的化学方程式为___。

Answer

除去有机物杂质，并将V2O3氧化为V2O5 制作光导纤维、制作玻璃、制取硅胶、制取硅单质等 使含钒离子以VO3-形式存在 调节pH为7时，溶液中c(Cu2+)==mol⋅L-1=4.8×10-6mol⋅L-1<10-5mol⋅L-1，Cu2+沉淀完全 温度过低时，反应速率较慢，NH4VO3可能提前结晶析出，导致产率较低；温度过高时，NH4HCO3分解使原料的利用率降低，并导致环境污染 冷水(或酒精溶液) 取少量最后一次洗涤液于洁净试管中，滴加BaCl2溶液，若无明显现象，则证明NH4VO3已洗涤干净 4NH4VO3+3O22V2O5+2N2+8H2O

【解析】

含钒废料(含V2O3、CuO、MnO、SiO2、A12O3、有机物)焙烧，可除去有机物，将V2O3氧化为V2O5，加入硫酸酸溶，得到滤渣1为SiO2，滤液调节pH可生成氢氧化铝、氢氧化铜沉淀，过滤后滤液加入碳酸氢铵，可生成碳酸锰沉淀，滤液加入过量硫酸铵，浓缩、结晶，可得到NH4VO3，煅烧可生成V2O5，以此解答该题。

根据流程图中的信息可知“焙烧”的目的是除去有机物杂质，并将氧化为；

所得焙烧产物加入稀硫酸后，只有与稀硫酸不反应，所以滤渣1是，其用途为制作光导纤维、制作玻璃、制取硅胶、制取硅单质等；

“调pH”的目的除了使Cu2+沉淀完全外，还有使含钒离子以形式存在，调节pH为7时，溶液中，Cu2+沉淀完全；

“沉锰”时，需将温度控制在左右，温度不能过高或过低的原因为温度过低时，反应速率较慢，可能提前结晶析出，导致产率较低；温度过高时，分解使原料的利用率降低，并导致环境污染；

浓缩结晶后，需对所得进行洗涤、干燥，根据题目提供信息可知的溶解度随温度升高会增大，为减小其溶解，可以选择冷水或酒精溶液来洗涤；证明已洗涤干净的实验操作及现象为：取少量最后一次洗涤液于洁净试管中，滴加溶液，若无明显现象，则证明已洗涤干净，；

煅烧”时，生成的无污染性气体为氮气，结合电子守恒和元素守恒可知发生反应的化学方程式为。