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V2O5、VOSO4、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 |
②VO2++2OH-VO3-+H2O
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Ⅱ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Ⅱ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)
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NH4+和SO42-
II.实验探究影响溶液中 Fe2+稳定性的因素
(3)配制 0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液(pH=4.5)和 0.8 mol/L 的(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 滴 0.01mol/L 的 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 A(0.2 mol/L NaCl)和溶液 B(0.1mol/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 | A:0.2mol·L-1NaCl | B:0.1mol·L-1FeSO4 | 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 的 FeSO4 溶液比 pH=5 的 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:
①U 型管中左池的电极反应式____________。
②对比实验 1 和 2(或 3 和 4) ,在一定 pH 范围内,可得出的结论为____________。
③对比实验____________和____________,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。
④ 对(资料 3)实验事实的解释为____________。
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)=9×10-6,Ksp(CaCO3)=3×10-9,lg3=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.该Na2CO3溶液的浓度为1.5mol·L-1
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
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
下列有关电解质溶液的说法正确的是
A.25℃时 pH=2 的 HF 溶液中,由水电离产生的 OH-浓度为 10-12 mol·L-1
B.0.1 mol·L-1 Na2CO3 溶液中:c(Na+)=c(HCO3 -)+c(H2CO3)+2c(CO32- )
C.向 1 L 1 mol·L-1 的 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(溴 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℃时 pH=3 的盐酸与 pH=11 的氨水等体积混合,所得溶液的 pH<7
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