Question

钒及其化合物在特种钢材的生产、高效催化剂的制备及航天工业中用途广泛。工业上以富钒炉渣(主要成分为V₂O₅，含少量Fe₂O₃和FeO等杂质)为原料提取五氧化二钒的工艺流程如图所示：

(1)五氧化二钒中钒的化合价为__。

(2)焙烧炉中发生的主要反应化学方程式为__；也可用氯化钠和氧气代替纯碱进行焙烧反应，写出对应的化学反应方程式__，该方法的缺点是：__。

(3)已知NH₄VO₃难溶于水，在水中的Ksp曲线如图1所示，则在实验中进行操作A所需要的玻璃仪器有__；向10mL含NaVO₃0.2mol/L的滤液中加入等体积的NH₄Cl溶液（忽略混合过程中的体积变化），欲使VO₃^-沉淀完全，则NH₄Cl溶液的最小浓度为__。(当溶液中某离子浓度小于1×10^-5mol/L时，认为该离子沉淀完全)

(4)为研究煅烧过程中发生的化学变化，某研究小组取234gNH₄VO₃进行探究，焙烧过程中减少的质量随温度变化的曲线如图2所示，则C点所得物质化学式为__，写出CD段发生反应的化学方程式：__。

Answer

+5价 V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑ 2V2O5+4NaCl+O24NaVO3+2Cl2 产生有毒气体氯气，污染环境 烧杯、漏斗和玻璃棒 0.206mol/L HVO3 2HVO3V2O5+H2O

【解析】

(1)富钒炉渣(主要成分为V2O5，含少量Fe2O3和FeO等杂质)加入纯碱焙烧，则发生V2O5与Na2CO3反应，生成NaVO3和CO2；加水浸提，此时NaVO3及过量的Na2CO3溶解在水中形成溶液，Fe2O3和FeO等不溶而成为滤渣。滤液中加入NH4Cl、H2SO4后，NaVO3与NH4Cl反应生成NH4VO3和NaCl，Na2CO3与H2SO4反应生成Na2SO4、H2O和CO2气体；因为NH4VO3难溶于水，所以过滤所得滤渣为NH4VO3，高温煅烧生成V2O5。

(2)提取坐标图象中的数据，可得出当c(NH4+)=1×10-4mol/L，溶解达平衡，此时c(VO3-)=3×10-4mol/L，由此可求出Ksp=1×10-4×3×10-4=3×10-8。加入NH4Cl溶液，作用有两个，一个是将VO3-转化为沉淀，另一个是使溶液中VO3-与NH4+的浓度积满足溶度积关系。

(3)在分析热重曲线时，先预测反应产物，再计算证实。NH4VO3热分解，应先生成酸，然后再再分解生成氧化物。

(1)五氧化二钒中，O显-2价，依据化合价的代数和为0，可求出钒的化合价为+5。答案为：+5；

(2)焙烧炉中，V2O5与Na2CO3反应生成NaVO3和CO2，发生反应的化学方程式为V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑；用氯化钠和氧气代替纯碱进行焙烧反应，则应生成NaVO3和Cl2，反应的化学方程式为2V2O5+4NaCl+O24NaVO3+2Cl2；从反应方程式可以看出，有Cl2生成，则该方法的缺点是：产生有毒气体氯气，污染环境。答案为：V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑；2V2O5+4NaCl+O24NaVO3+2Cl2；产生有毒气体氯气，污染环境；

(3)从以上分析可知，操作A为过滤，所需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒；

由反应NaVO3+NH4Cl== NH4VO3↓NaCl，可求出反应所需n(NaVO3)=0.01L×0.2mol/L=2×10-3mol；由Ksp=3×10-8，c(VO3-)=1×10-5mol/L，可求出混合溶液中，c(NH4+)=3×10-3mol/L，则NH4Cl溶液的最小浓度为=0.206mol/L。答案为：烧杯、漏斗和玻璃棒；0.206mol/L；

(4)n(NH4VO3)==2mol，C点所得产物中，n(V)=2mol，M==100/mol，100刚好为HVO3的相对分子质量，从而得出C点产物为HVO3。在D点，剩余固体质量为234g-52g=182g，此时含V的质量为2mol×51g/mol/=102g，则含O的质量为182g-102g=80g，n(O)==5mol，从而得出D点产物的化学式为V2O5，反应的化学方程式为2HVO3V2O5+H2O。答案为：HVO3；2HVO3V2O5+H2O。