Question

金属钒主要用于冶炼特种钢， 被誉为 “合金的维生素”。工业上常用富钒炉渣 （主要含FeO·V₂O₃， 还有少量P₂O₅等杂质） 制取钒的流程如下图。

回答下列问题：

(1)已知焙烧中先发生4FeO·V₂O₃+5O₂4V₂O₅+2Fe₂O₃反应， 其氧化产物是__，进一步生成可溶性NaVO₃的反应方程式为______。

(2)25℃时，K_sp(NH₄VO₃)＝4×10^-2，电离平衡常数K_b(NH₃·H₂O) ＝1.8×10^-5。“沉钒” 后VO₃^-的浓度为mol/L，则滤液的pH为___。除OH^-与VO₃^-外，滤液中还可能存在的阴离子是__。

(3) “热解” 过程产生的气体 y的电子式为__。

(4)硅参与高温还原反应的方程式为_____，炉渣的主要成分是__。

(5)钒比铁的金属性强。工业上通过电解精炼 “粗钒” 可得到99.5%的纯钒， 以熔融LiCl－KCl－VCl₂为电解质，“粗钒” 中含少量铁和硅。则 “粗钒” 应连接电源的___极， 阴极的电极反应式为__。

Answer

V2O5、Fe2O3 V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ 4.5 Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- 5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 CaSiO3 正或＋ V2+＋2e-＝V

【解析】

焙烧是将FeO·V2O3转化为可溶性NaVO3，氧化铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2，气体x为CO2，水浸，浸出渣为氧化铁，得到NaVO3溶液，滤液中加入NH4Cl沉钒生成NH4VO3，受热分解生成V2O5，和氨气，最后用硅铁还原，硅参与高温还原反应的方程式为5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 ，炉渣的主要成分是CaSiO3。

（1）焙烧中先发生4FeO·V2O3+5O24V2O5+2Fe2O3反应，铁由+2价升高为+3价，钒由+3从升高为+5价，其氧化产物是 V2O5、Fe2O3，进一步生成可溶性NaVO3的反应方程式为V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ 。故答案为： V2O5、Fe2O3；V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ ；

（2）25℃时，Ksp(NH4VO3)＝4×10-2，电离平衡常数Kb(NH3·H2O) ＝1.8×10-5。“沉钒” 后VO3-的浓度为mol·L－1，Ksp(NH4VO3)＝4×10-2=c(NH4+)c(VO3-)，c(NH4+)==1.8 mol·L－1,

Kh= ,x=c(H+)=10-4.5mol·L－1,则滤液的pH为4.5。除OH-与VO3-外，P2O5溶于水生成磷酸电离出H2PO42-、PO43-或HPO42- ，滤液中还可能存在的阴离子是Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- 。故答案为：4.5；Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- ；

（3）“热解” 过程产生的气体 y是氨气，N原子最外层是5个电子，与3个氢原子形成3个共用电子对，电子式为。故答案为：；

（4）硅高温时将钒还原，同时生成的二氧化硅与氧化钙形成炉渣，硅参与高温还原反应的方程式为5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 ，炉渣的主要成分是CaSiO3。故答案为：5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 ；CaSiO3；

（5）以熔融LiCl－KCl－VCl2为电解质，“粗钒” 中含少量铁和硅， “粗钒” 应连接电源的正或＋极，发生氧化反应，阴极得电子发生还原反应，阴极的电极反应式为V2+＋2e-＝V。故答案为：正或＋；V2+＋2e-＝V。