Question

二氧化钒（VO₂）是一种新型热敏材料。实验室以V₂O₅为原料合成用于制备VO₂的氧钒（ IV ）碱式碳酸铵晶体,过程如下:

V₂O₅VOCl₂溶液（NH₄）₅[（VO）₆（CO₃）₄（OH）₉]10·H₂O

回答下列问题：

（1）步骤i中生成VOCl₂的同时生成一种无色无污染的气体,该反应的化学方程式为____。也可只用浓盐酸与V₂O₅来制备VOCl₂溶液,从环境角度考虑,该方法的缺点是_______。

（2）步骤ii可在如图装置（气密性良好）中进行。已知:VO²⁺能被O₂氧化。

①药品填装完成后的实验操作是____（填活塞“a”“b”的操作）。

②若无装置B,则导致的后果是____。

（3）加完VOCl₂后继续搅拌数分钟,使反应完全,小心取下分液漏斗,停止通气,立即塞上橡胶塞,将锥形瓶置于CO₂保护下的干燥器中，静置过夜,得到紫红色晶体,抽滤,并用饱和NH₄HCO₃溶液洗涤3次,用无水乙醇洗涤2次,除去水分,再用乙醚洗涤2次,抽干称重。用饱和NH₄ HCO₃溶液洗涤除去的阴离子主要是____。

（4）测定氧钒（ IV ）碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。

称量4.246g样品于锥形瓶中,用20mL蒸馏水与30mL硫酸混合溶解后，加0.02 mol·L^-1的KMnO₄溶液至稍过量,充分反应后继续加1% NaNO₂溶液至稍过量，再用尿素除去过量的NaNO₂ ,最后用0.08 mol·L^-1的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液滴定至终点,消耗体积为30.00 mL。（滴定反应:VO₂⁺ + Fe²⁺+2H⁺=VO²⁺+ Fe³⁺+H₂O）

①NaNO₂溶液的作用是____。

②粗产品中钒的质量分数为____（精确到小数点后两位）。

Answer

2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O 氯气有毒，污染空气 打开活塞a数分钟后，再打开活塞b HCl与NH4HCO3反应 Cl- 除去过量的KMnO4 2.88%

【解析】

V2O5与盐酸、N2H4﹒2HCl混合发生反应：2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O，得到VOCl2溶液，加碳酸氢铵溶液后得到氧钒(IV)碱式碳酸铵晶体。（1）根据原子守恒及氧化还原反应原理分析解答；（2）根据题给信息中+4价V易被氧化的性质分析解答；（3）根据原子守恒及晶体的组成分析解答；（4）根据滴定原理及氧化还原反应原理分析解答。

（1）根据原子守恒分析生成的一种无色无污染的气体为N2，该反应的化学方程式为2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O；根据氧化还原反应原理分析，V被还原，则浓盐酸的中Cl被氧化生成氯气，氯气有毒，污染空气，故答案为：2V2O5+N2H4﹒2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O；氯气有毒，污染空气；

（2）①已知VO2+能被O2氧化，故装置中不能有空气，所以反应前先通入CO2数分钟排除装置中的空气，避免产物被氧化，所以实验操作时先打开活塞a数分钟后，再打开活塞b，故答案为：打开活塞a数分钟后，再打开活塞b；

②A中制得的二氧化碳混有氯化氢气体，B装置中的试剂应是除去二氧化碳气体中HCl气体的饱和NaHCO3溶液，若无装置B，则HCl与NH4HCO3反应，故答案为：HCl与NH4HCO3反应；

（3）根据原子守恒分析，及晶体的组成分析，NH4 HCO3溶液洗涤除去阴离子主要是Cl-，故答案为：Cl-；

（4）①根据分析，KMnO4溶液的作用是氧化V，NaNO2溶液的作用是除去过量的KMnO4，故答案为：除去过量的KMnO4；

②根据V元素的质量守恒，根据滴定反应VO2+ + Fe2++2H+=VO2++ Fe3++H2O，则n(V)=n((NH4)2Fe(SO4)2)= 0.08 mol·L-1×0.03L=0.0024mol，则粗产品中钒的含量为：，故答案为：2.88%。