Question

钒和五氧化二钒在工业应用中广泛，某工厂从钒渣中回收金属，钒渣中主要成分有V₂O₃、FeO，还含有少量的CuO、Al₂O₃，工艺流程如图：

已知：①K_spCu(OH)₂=1.0×10⁻²¹；K_spFe(OH)₃=4.0×10⁻³⁸；K_spFe(OH)₂=8.0×10⁻¹⁶。

②NH₄VO₃难溶于水，(VO₂)₂SO₄易溶于水。

（1）写出滤液I中加入过量的CO₂时发生反应的离子方程式；制取纯净的Al₂O₃需要经过一系列操作：过滤、___、___。

（2）煅烧时，滤渣I的主要成分V₂O₃转化为可溶性NaVO₃，写出其反应的化学方程式___。

（3）加入稀硫酸后，酸浸液中VO₃⁻与VO₂⁺能大量共存的原因是___（用离子方程式解释）。

（4）常温下调节酸浸液的pH=___，即可以完全除去铁、铜两种元素对应的离子___；实际pH值要调整到8，其目的是___；调pH=2~2.5后过滤，滤渣III的主要成分为___。

（5）请写出煅烧滤渣III时，发生反应的化学方程式___。

Answer

AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- 洗涤 灼烧（或煅烧） V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2↑ VO2++H2OVO3-+2H+ 6 使VO2++H2OVO3-+2H+正向移动，VO2-更多地转化为VO3+ NH4VO3 2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O

【解析】

（1）钒渣中主要成分有V2O3、FeO，还含有少量的CuO、Al2O3，当向钒渣中加入氢氧化钠溶液时，Al2O3与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，其他物质与氢氧化钠溶液不反应，向滤液I中加入过量的CO2时，在溶液中偏铝酸钠与CO2反应生成Al(OH)3，Al(OH)3受热分解生成Al2O3；

（2）煅烧时，滤渣I的主要成分V2O3与空气中的氧气、碳酸钠在煅烧的条件下反应生成NaVO3，依据氧化还原反应中得失电子守恒配平方程式；

（3）加入稀硫酸后，VO3-+2H+VO2++H2O；

（4）结合KspCu(OH)2=1.0×10−21，KspFe(OH)3=4.0×10−38，常温下调节酸浸液的pH，除去铁、铜两种元素对应的离子，减少对V2O5的影响；

（5）结合题中的信息以及工艺流程图，NH4VO3煅烧生成V2O5。

（1）Al2O3与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，其他物质与氢氧化钠溶液不反应，滤液I中偏铝酸钠与过量的CO2反应生成Al(OH)3和NaHCO3，反应的离子方程式为AlO2-+CO2+

2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- ；滤液I中偏铝酸钠与过量的CO2反应生成Al(OH)3和NaHCO3，过滤得Al(OH)3，然后洗涤Al(OH)3，最后煅烧Al(OH)3生成Al2O3；

（2）煅烧时，滤渣I的主要成分V2O3与空气中的氧气、碳酸钠在煅烧的条件下反应生成NaVO3，反应的化学方程式为V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2↑；

（3）加入稀硫酸后，酸浸液中VO3−与VO2+能大量共存的原因是VO3-+2H+VO2++H2O；

（4）当c(Cu2+)=1.0×10−5mol•L−1时，1.0×10−5×c2(OH-)=1.0×10−21，c(OH-)=1.0×10−8 mol•L−1，c(H+)=1.0×10−6mol•L−1，pH=6，即pH=6时，Cu2+完全沉淀；当c(Fe3+)=1.0×10−5mol•L−1时，1.0×10−5×c3(OH-)=4.0×10−38，c (OH-)=×10−11 mol•L−1，c(H+)>1.0×10−6mol•L−1，所以当pH=6时，Fe3+、Cu2+已经沉淀完全；实际pH值要调整到8，其目的是使VO2++H2OVO3-+2H+正向移动，VO2-更多地转化为VO3+；因为NH4VO3难溶于水，(VO2)2SO4易溶于水，所以加入硫酸铵调pH=2~2.5后过滤，滤渣III的主要成分为NH4VO3；

（5）滤渣III的主要成分为NH4VO3，所以煅烧滤渣III时，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O 。