Question

实验室以V₂O₅为原料制备氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体{(NH₄)₅[(VO)₆(CO₃)₄(OH)₉]·10H₂O}，其流程如下：

V₂O₅VOCl₂溶液氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体

(1)“还原”过程中的还原剂是____________(填化学式)。

(2)已知VO²⁺能被O₂氧化，“转化”可在如图装置中进行。

①仪器M的名称是___________，实验开始前的操作是_________。

②装置B的作用是__________________。

③加完VOCl₂溶液后继续搅拌一段时间，使反应完全，再进行下列操作，顺序为_______(填字母)。

a.锥形瓶口塞上橡胶塞

b.取下P

c.将锥形瓶置于干燥器中，静置过夜

④得到紫红色晶体，抽滤，并用饱和NH₄HCO₃溶液洗涤3次，用无水乙醇洗涤2次，再用乙醚洗涤2次，抽干称重。用饱和NH₄HCO₃溶液洗涤除去的阴离子主要是_______(填离子符号)，用无水乙醇洗涤的目的是_______________。

⑤称量产品于锥形瓶中，用20mL蒸馏水与30mL稀硫酸溶解后，加入0.02mol/L KMnO₄溶液至稍过量，充分反应后继续滴加1%的NaNO₂溶液至稍过量，再用尿素除去过量NaNO₂，最后用c mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂标准溶液滴定至终点(已知滴定反应为+Fe²⁺+2H⁺=VO²⁺+Fe³⁺+H₂O)，消耗标准溶液的体积为V mL。若(NH₄)₂Fe(SO₄)₂标准溶液部分变质，会使测定结果______________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)，产品中钒的质量分数为_________(以VO²⁺的量进行计算，列出计算式)。

Answer

N2H4·2HCl 长颈漏斗 检查装置的气密性 除去二氧化碳气体中的氯化氢 bac Cl- 除去晶体表面的水 偏高

【解析】

根据合成氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体流程，将V2O5通过盐酸、N2H4·2HCl的作用，还原为VOCl2，得到的VOCl2与碳酸氢铵溶液同时搅拌将得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体；VOCl2转化为氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体的过程如装置图所示，向反应体系中持续通入CO2，CO2溶于水生成碳酸，碳酸电离生成氢离子抑制了铵根离子的水解，保证氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵产率的最大化，反应完成后，将得到的晶体经洗涤、过滤、干杂得到较纯晶体，通过滴定的方法测定晶体中V的含量，据此分析。

(1)反应过程中稀盐酸起到酸性的作用，N2H4·2HCl在反应中起到还原剂的作用；

(2)①根据图示装置，仪器M为长颈漏斗；实验开始前要检查装置的气密性；

②装置B的作用是除去制备的二氧化碳气体中含有氯化氢气体，否则氯化氢与碳酸氢铵会发生反应，降低晶体产率；

③加完VOCl2继续搅拌一段时间，此时需要将分液漏斗取出并密封锥形瓶，目的是防止氧气从分液漏斗中进入锥形瓶，使VO2+被锥形瓶中的氧气持续氧化，减少产量，将密封好的锥形瓶放在干燥器中静置过夜，保证锥形瓶中的反应进行彻底，故正确的顺序为bac；

④根据生成物的晶体组成分析，晶体中不含有Cl-，故用饱和NH4HCO3溶液洗涤可除去的阴离子主要是Cl-，减少晶体的溶解；乙醇能与水互溶，利用乙醇具有挥发性可以除去晶体表面的水分；

⑤若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质，则还原能力降低，滴定时消耗的标准溶液的体积偏高，会使测定结果偏高；根据滴定反应+Fe2++2H+=VO2++Fe3++H2O，钒元素的物质的量n=n[(NH4)2Fe(SO4)2]=c mol/L×V×10-3L=cV×10-3mol，产品中钒(以VO2+计)的质量分数为。