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五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业,用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用的催化剂...

五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业,用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用的催化剂等。为回收利用含钒催化剂,研制了一种利用废催化剂(含有V2O5VOSO4、不溶性硅酸盐)回收V2O5的新工艺流程如下:

已知:①部分含钒物质常温下在水中的溶解性如表所示:

物质

VOSO4

V2O5

NH4VO3

(VO2)2SO4

溶解性

可溶

难溶

难溶

易溶

 

 

VO22OHVO3H2O

回答下列问题:

1)用水浸泡废催化剂,为了提高单位时间内废钒的浸出率,可以采取的措施为____________(写一条)。

2)滤液1和滤液2中钒的存在形式相同,其存在形式为____________(填离子符号)。

3)在滤渣1中加入Na2SO3和过量H2SO4溶液发生反应的化学方程式为____________

4)生成VO2的反应中消耗1molKClO3时转移6mol电子,该反应的离子方程式为____________

5)在第步中需要加入氨水,请结合化学用语,用平衡移动原理解释加入氨水的一种作用为____________

6)最后钒以NH4VO3的形式沉淀出来。以沉钒率(NH4VO3沉淀中V的质量和废催化剂V的质量之比)表示该步反应钒的回收率。请结合如图解释在第步中温度超过80°C以后,沉钒率下降的可能原因是________________________(写两条)。

7)该工艺流程中可以循环利用的物质为____________

8)测定产品中V2O5的纯度:

称取ag产品,先用硫酸溶解,得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1mLc1mol·L−1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO2+2H+Fe2==VO2+Fe3+H2O)。最后用c2mol·L−1KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点,消耗KMnO4溶液的体积为b2mL。已知MnO4被还原为Mn2+,假设杂质不参与反应。则产品中V2O5(摩尔质量:182g·mol−1)的质量分数是____________。(列出计算式)

 

粉碎废钒;搅拌;适当升温 (任意答一条正确措施) VO2+ V2O5+Na2SO3+2H2SO4===2VOSO4+Na2SO4+2H2O 6VO2++ClO3-+ 3H2O=== 6VO2++ Cl-+ 6H+ 作用1:溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O,加入氨水,使OH-浓度增大,该平衡正移,从而使VO2+尽可能都转化为VO3- 或作用2:溶液中存在平衡:NH4VO3(s) NH4+ (aq)++VO3—(aq), 加入氨水,使NH4+浓度增大,该平衡逆移,从而使NH4VO3尽可能沉淀析出(任意答出一种作用) 原因1:温度升高,NH4VO3溶解度增大,沉钒率下降或原因2:温度升高,氨水受热分解逸出溶液,使NH4+浓度下降,沉钒率下降 原因3:温度升高,氨水受热分解逸出溶液,使OH-浓度下降,VO2++2OH-VO3-+H2O,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降或原因4:平衡VO2++2OH-VO3-+H2O,正反应可能是放热反应,温度升高,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降。(任意答出2种原因) 氨水或NH3和H2O 100% 【解析】 生产流程:废钒催化剂(主要成分含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸盐),据物质的水溶性确定,V2O5难溶于水,即为得到的滤渣亚硫酸根具有还原性,酸性条件下,能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子,离子反应方程式为:V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O,过滤得到滤渣为不溶性硅酸盐,强酸性浸出液含有VO2+、Na+、SO42-,氯酸钾具有氧化性,能将VO2+氧化为VO2+,加入氨水,调节溶液pH到最佳值,得到NH4VO3,最后焙烧得到五氧化二钒即可,以此解答。 (1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间等措施; (2)VOSO4和(VO2)2SO4能够溶解在水中,故滤液1中钒的存在形式是:VO2+;V2O5和NH4VO3在水中不溶解,存在于滤渣中,加入Na2SO3,V2O5作氧化剂,SO32-作还原剂,反应的离子方程式为V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O,滤液2中钒的存在形式是:VO2+; (3)依题意,在滤渣1中加入Na2SO3和过量H2SO4溶液,V2O5作氧化剂,SO32-作还原剂,反应的离子方程式为V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O; (4) VO2+和KClO3反应中,生成物为VO2+,VO2+中V化合价升高做还原剂,KClO3中Cl化合价降低做氧化剂,已知消耗1molKClO3时转移6mol电子,可知KClO3中Cl元素化合价降低为-1价,则离子方程式为:6VO2++ClO3-+3H2O=== 6VO2++Cl-+6H+; (5)溶液中存在平衡: VO2++2OH-VO3-+H2O,氨水呈碱性,加入氨水,使OH-浓度增大,该平衡正移,从而使VO2+尽可能都转化为VO3-或者溶液中存在平衡: NH4VO3(s) NH4+ (aq)+ +VO3-(aq),加入氨水,使NH4+浓度增大,该平衡逆移,从而使NH4VO3尽可能沉淀析出; (6)温度越高,物质的溶解度越大,所以温度升高,NH4VO3溶解度增大,沉钒率下降或温度升高,氨气容易溢出,氨水受热分解逸出溶液,使OH-浓度下降,VO2++2OH-VO3-+H2O,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降;温度升高,氨水受热分解逸出溶液,使OH-浓度下降,VO2++2OH-VO3-+H2O,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降或针对平衡:VO2++2OH-VO3-+H2O,正反应可能是放热反应,温度升高,该平衡逆移,导致VO3-浓度下降,沉钒率下降; (7)该流程中需要加入氨水沉钒,最后一步加热NH4VO3又会有氨气产生,故该工艺流程中可以循环利用的物质为:氨水或NH3和H2O; (8)根据元素化合价升降相同,滴定过程有5(NH4)2Fe(SO4)2∼KMnO4,则过量的 (NH4)2Fe(SO4)2物质的量为5n(KMnO4)=5×b2C210−3mol,则与(VO2)2SO4溶液反应的 (NH4)2Fe(SO4)2物质的量为(b1c1−5b2C2)×10−3mol,根据钒元素守恒,则有V2O5∼2VO2+∼2(NH4)2Fe(SO4)2,故n(V2O5)=(b1c1−5b2C2)×10−3mol,则产品中V2O5的质最分数是=100%。  
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考点分析:
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FeSO4 溶液放置在空气中容易变质,因此为了方便使用 Fe2,实验室中常保存硫酸亚铁铵晶体[俗称摩尔盐,化学式为(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O],它比绿矾或绿矾溶液更稳定。(稳定是指物质放置 在空气中不易发生各种化学反应而变质)

I.硫酸亚铁铵晶体的制备与检验

1)某兴趣小组设计实验制备硫酸亚铁铵晶体。

本实验中,配制溶液以及后续使用到的蒸馏水都必须煮沸、冷却后再使用,这样处理蒸馏水的目的是_______。向 FeSO4 溶液中加入饱和(NH4)2SO4 溶液,经过操作_______、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一 种浅蓝绿色的晶体。

2)该小组同学继续设计实验证明所制得晶体的成分。

①如图所示实验的目的是_______C 装置的作用是_______

取少量晶体溶于水,得淡绿色待测液。

②取少量待测液,_______ (填操作与现象),证明所制得的晶体中有 Fe2

③取少量待测液,经其它实验证明晶体中有NH4SO42

II.实验探究影响溶液中 Fe2稳定性的因素

3)配制 0.8 mol/L FeSO4 溶液(pH=4.5)和 0.8 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2 溶液(pH=4.0),各取 2 ml 上述溶液于两支试管中,刚开始两种溶液都是浅绿色,分别同时滴加 2 0.01mol/L KSCN 溶液,15 分钟后观察可见:(NH4)2Fe(SO4)2溶液仍然为浅绿色透明澄清溶液;FeSO4溶液则出现淡黄色浑浊。

(资料 1

沉淀

Fe(OH)2

Fe(OH)3

开始沉淀pH

7.6

2.7

完全沉淀pH

9.6

3.7

 

①请用离子方程式解释 FeSO4 溶液产生淡黄色浑浊的原因_______

②讨论影响 Fe2稳定性的因素,小组同学提出以下 3 种假设:

 

假设 1:其它条件相同时,NH4的存在使(NH4)2Fe(SO4)2  溶液中 Fe2+稳定性较好。

 

假设 2:其它条件相同时,在一定 pH 范围内,溶液 pH 越小 Fe2稳定性越好。

假设 3_______

4)小组同学用如图装置(G为灵敏电流计),滴入适量的硫酸溶液分 别控制溶液 A0.2 mol/L NaCl)和溶液 B0.1mol/L FeSO4)为不同的 pH

观察记录电流计读数,对假设 2 进行实验研究,实验结果如表所示。

序号

A0.2mol·L1NaCl

B0.1mol·L1FeSO4

电流计读数

实验1

pH=1

pH=5

8.4

实验2

pH=1

pH=1

6.5

实验3

pH=6

pH=5

7.8

实验4

pH=6

pH=1

5.5

 

 

(资料 2)原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原 电池的电流越大。

(资料 3)常温下,0.1mol/L pH=1 FeSO4 溶液比 pH=5 FeSO4 溶液稳定性更好。 根据以上实验结果和资料信息,经小组讨论可以得出以下结论:

U 型管中左池的电极反应式____________

②对比实验 1 2(或 3 4 ,在一定 pH 范围内,可得出的结论为____________

③对比实验________________________,还可得出在一定pH 范围内溶液酸碱性变化对 O2 氧化性强弱的影响因素。

对(资料 3)实验事实的解释为____________

 

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水垢中含有的 CaSO4,可先用 Na2CO3 溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的 CaCO3。某化学兴 趣小组用某浓度的 Na2CO3 溶液处理一定量的 CaSO4 固体,测得所加 Na2CO3 溶液体积与溶液中-lgc(CO32-) 的关系如图所示,已知Ksp(CaSO4)=9×106Ksp(CaCO3)=3×109lg3=0.5,下列说法不正确的是

A.曲线上各点的溶液满足关系式:c(Ca2)×c(SO42)=Ksp(CaSO4)

B.CaSO4(s)CO32(aq) CaCO3(s)SO42(aq) K=3×103

C.Na2CO3溶液的浓度为1.5mol·L1

D.相同条件下,若将Na2CO3溶液的浓度改为原浓度的2倍,则上图曲线整体向上平移1个单位即可

 

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某兴趣小组设计了如下实验测定海带中碘元素的含量,依次经过以下四个步骤,图示装置和原理 能达到实验目的的是

A.灼烧海带

B.将海带灰溶解后分离出不溶性杂质

C.制备Cl2,并将I氧化为I2

D.以淀粉为指示剂,用Na2SO3标准溶液滴定

 

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下列有关电解质溶液的说法正确的是

A.25℃ pH2 HF 溶液中,由水电离产生的 OH浓度为 10-12 mol·L1

B.0.1 mol·L-1 Na2CO3 溶液中:c(Na)c(HCO3 -)c(H2CO3)2c(CO32 )

C. 1 L 1 mol·L-1 NaOH 热溶液中通入一定量 Br2,恰好完全反应生成溴化钠、次溴酸钠和溴酸钠( 酸为强酸、次溴酸为弱酸)的混合溶液:c(Na)c(H)6c(BrO3)2c(BrO)c(HBrO)c(OH)

D.25℃ pH3 的盐酸与 pH11 的氨水等体积混合,所得溶液的 pH7

 

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国际能源期刊报道了一种正在开发中的绿色环保全氢电池,有望减少废旧电池产生的污染。其工作原理如图所示。下列说法正确的是

 

A.全氢电池工作时,将酸碱反应的中和能转化为电能

B.吸附层 b 发生的电极反应:H2 – 2 e+ 2OH= 2H2O

C.NaClO4 的作用是传导离子和参与电极反应

D.全氢电池的总反应: 2H2 + O2 =2H2O

 

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