Question

钒是地壳中含量第21丰富元素，是人体必需的微量元素，对治疗糖尿病和癌症及保护心血管等具有潜在的药理学作用。工业上用含三价钒为主的某石煤为原料(含有、CaO等杂质)，钙化法焙烧制备，其流程如下：

已知：+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表。

pH	4~6	6~8	8~10	10~12
主要离子

(1)焙烧：向石煤中加生石灰焙烧，将转化为的化学方程式是________________。

(2)酸浸：难溶于水，可溶于盐酸。若焙砂酸浸时溶液的，溶于盐酸的离子方程式是________________。

(3)转沉：将浸出液中的钒转化为固体，其流程如下：

①浸出液中加入石灰乳的作用是____________________________________。

②向溶液中加入溶液，控制溶液的。当时，的产量明显降低，原因是_______________________________________。

(4)实验室以为原料还可以合成用于制备的氧钒(IV)碱式碳酸铵晶体，过程如下：

①步骤ⅱ可在如图装置(气密性良好)中进行。已知：能被氧化。

药品填装完成后的实验操作是________(填“活塞a”、“活塞b”的操作顺序)，装置B中的试剂是________。

②测定氧钒(IV)碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。

称量4.246g样品于锥形瓶中，用20mL蒸馏水与30mL硫酸混合溶解后，加的溶液至稍过量，充分反应后继续加1%溶液至稍过量，再用尿素除去过量的，最后用的标准溶液滴定至终点，消耗体积为30.00mL(滴定反应：)。

溶液的作用是________________，粗产品中钒的质量分数为________________(精确到小数点后两位)。

Answer

CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2 Ca(VO3)2+4H+=2VO2++Ca2++2H2O 调节溶液的pH，并提供，形成沉淀 当时，钒的主要存在形式不是 打开活塞a数分钟后，再打开活塞b 饱和溶液 除去过量的 2.88%

【解析】

根据流程：向石煤中加生石灰焙烧，发生主要反应：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2，加酸酸浸，将浸出液用石灰乳得到Ca3(VO4)2沉淀富集钒元素，向沉淀加入(NH4)2CO3溶液得到(NH4)3VO4溶液，向(NH4)3VO4溶液中加入NH4CI溶液，控制溶液的pH=7.5，得到NH4VO3，煅烧制得V2O5，制得的V2O5与盐酸、N2H4•2HCl混合发生反应：2V2O5+N2H4•2HCl+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O，得到VOCl2溶液，加入NH4HCO3溶液，得到氧钒（Ⅳ）碱式碳酸铵晶体，据此分析解答。

(1)焙烧：向石煤中加生石灰焙烧，V2O3与CaO、氧气焙烧得到Ca(VO3)2，反应为：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2；

(2)根据表可知，pH=4，Ca(VO3)2溶于盐酸生成VO2+，则该离子反应为：Ca(VO3)2+4H+=2VO2++Ca2++2H2O；

(3)①浸出液中加入石灰乳的作用是调节pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀(富集钒元素)；

②根据图表可知当pH＞8时，钒的主要存在形式不是VO3−，故当pH＞8时，NH4VO3的产暈明显降低；

(4)①已知：能被氧化，故装置中不能有空气，所以，反应前先通入二氧化碳数分钟排除装置中的空气，避免产物被氧化，则药品填装完成后的实验操作是：打开活塞a数分钟后，再打开活塞b；A中制得的二氧化碳混有HCl气体，B装置的试剂应是能吸收HCl气体同时不吸收二氧化碳，故为饱和NaHCO3溶液；

②根据实验操作，加入高锰酸钾溶液用来氧化氧钒，则溶液的作用是除去过量的KMnO4；已知滴定反应：，由反应可得，n()=n(Fe2+)=30×10-3L×0.08mol/L=2.4×10-3mol，根据钒守恒，则粗产品中钒的物质的量也为2.4×10-3mol，则质量分数为×100%=2.88%。