Question

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：a.部分含钒物质常温下在水中的溶解性如下表所示：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

b.+2OH^-+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）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。请解释下图温度超过80℃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a g产品，先用硫酸溶解，得到(VO₂)₂SO₄溶液。再加入b₁ mL c₁ mol·L⁻¹ (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液（VO₂⁺+2H⁺+Fe²⁺==VO²⁺+Fe³⁺+H₂O）。最后用c₂ mol·L⁻¹ KMnO₄溶液滴定过量的(NH₄)₂Fe(SO₄)₂至终点，消耗KMnO₄溶液的体积为b₂ mL。已知被还原为Mn²⁺，假设杂质不参与反应。则产品中V₂O₅（摩尔质量：182 g·mol⁻¹）的质量分数是______。（列出计算式）

Answer

粉碎废钒搅拌适当升温 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- 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 原因1：温度升高，NH4VO3溶解度增大，沉钒率下降。 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。 氨水或NH3和H2O

【解析】

（1）用水浸泡废催化剂，为了提高单位时间内废钒的浸出率，可以用搅拌、粉碎的方式来增大固体与液体的接触面积，也可以升高温度；

（2）由部分含钒物质常温下在水中的溶解性可知，滤液1溶质为VOSO4；

（3）滤液1和滤液2中钒的存在形式相同，所以V2O5与亚硫酸钠、硫酸反应生成VOSO4；

（4）KClO3与VO2＋反应生成V2O5，ClO3-作氧化剂，根据1molKClO3在反应时得到6mol电子，ClO3-被还原为Cl-；

（5）根据勒夏特列原理解释加入氨水的作用；

（6）从NH4VO3的溶解度、以及氨水受热分解的角度分析；

（7）NH4VO3受热分解生成V2O5、氨气、水，故可以循环的物质是氨水；

（8）根据元素化合价升降相等，滴定过程中由5(NH4)2Fe(SO4)2~KMnO4，则过量的(NH4)2Fe(SO4)2物质的量为5n(KMnO4)=5×b2c2×10-3mol，则与(VO2)2SO4溶液反应的(NH4)2Fe(SO4)2物质的量为(b1c1-5×b2c2)×10-3mol，根据钒元素守恒，则与V2O5 ~2VO2+~(NH4)2Fe(SO4)2，故n(V2O5)=5×(b1c1-5×b2c2)×10-4mol，据此计算可得。

（1）用水浸泡废催化剂，为了提高单位时间内废钒的浸出率，可以采取粉碎废钒、搅拌、适当升温等措施；

（2）由部分含钒物质常温下在水中的溶解性可知，滤液1溶质为VOSO4，滤液1和滤液2中钒的存在形式相同，其存在形式为VO2＋；

（3）滤渣1的成分为V2O5、不溶性硅酸盐，因为滤液1和滤液2中钒的存在形式相同，所以滤渣1的成分中的V2O5与与亚硫酸钠、硫酸反应生成VOSO4，发生反应的化学方程式为V2O5＋Na2SO3＋2H2SO4=2VOSO4＋Na2SO4＋2H2O；

（4）生成VO2+的反应中消耗1molKClO3时转移6mol电子，故ClO3-被还原为Cl-，反应的离子方程式为6VO2＋＋ClO3－＋3H2O= 6VO2＋＋Cl－＋6H＋；

（5）含VO2＋的溶液中加入氨水生成NH4VO3，用平衡移动原理解释其作用，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-，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；

（6）温度超过80℃以后，沉钒率下降的原因：①温度升高，NH4VO3溶解度增大，沉钒率下降；②温度升高，氨水受热分解逸出溶液，氨气在水中的溶解度降低，使NH4+浓度下降，沉钒率下降；

（7）NH4VO3受热分解的方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3+H2O，故该工艺流程中可以循环利用的物质为NH3和H2O；

（8）根据元素化合价升降相等，滴定过程中由5(NH4)2Fe(SO4)2~KMnO4，则过量的(NH4)2Fe(SO4)2物质的量为5n(KMnO4)=5×b2c2×10-3mol，则与(VO2)2SO4溶液反应的(NH4)2Fe(SO4)2物质的量为(b1c1-5×b2c2)×10-3mol，根据钒元素守恒，则与V2O5 ~2VO2+~(NH4)2Fe(SO4)2，故n(V2O5)=5×(b1c1-5×b2c2)×10-4mol，则产品中V2O5 的质量分数是： = 。