Question

-钒和五氧化二钒在工业中应用广泛，某工厂从钒渣(主要成分有 V₂O₃、FeO，还含有少量 CuO、Al₂O₃ 等)中回收金属，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)制取纯净的 Al₂O₃ 需要经过“一系列操作”为过滤、___、___。

(2)滤渣 1 在“煅烧”过程中，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 VO与 VO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______。

(5)请写出煅烧滤渣 3 时，发生反应的化学方程式 ________。

Answer

洗涤 灼烧 V2O3+Na2CO3+O2 2NaVO3+CO2 VO+2H+VO+H2O(反过来写也得分) 6 使 VO+H2OVO+2H+平衡正向移动(或使 VO+2H+VO+H2O逆向移动)，VO更多转化为 VO 2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O

【解析】

根据钒渣中主要成分有V2O3、FeO，还含有少量的CuO、Al2O3，加NaOH溶液时发生Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，滤液1中通入足量二氧化碳生成Al(OH)3沉淀，过滤后，洗涤、灼烧得到Al2O3；根据滤渣1含V2O3、FeO、CuO，煅烧时主要发生V2O3与Na2CO3、O2反应生成NaVO3和CO2，据此写出化学方程形式；且FeO被氧化为Fe2O3，加酸溶液时溶液中含铁离子、铜离子，滤渣2为Fe(OH)3、Cu(OH)2，由Ksp可知，保证铜离子完全沉淀时，铁离子已经完全沉淀，计算需要调节的pH值；实际pH值要调整到8，使化学平衡移动，VO更多的转化为VO，在滤液2中加入(NH4)2SO4溶液，生成NH4VO3沉淀，煅烧得到V2O5，以此来解答。

(1)因为滤液1中主要存在AlO2-，通入足量的CO2，发生AlO2-+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-反应，由Al(OH)3沉淀制取纯净的Al2O3，需要经过过滤、洗涤、灼烧(或煅烧)；答案为洗涤、灼烧(煅烧)。

(2)煅烧时，滤渣1的主要成分V2O3转化为可溶性NaVO3，钒元素由+3价失电子变为+5价，V2O3作还原剂，空气中O2得电子作氧化剂，其反应的化学方程式为Na2CO3+V2O3+O22NaVO3+CO2；答案为：Na2CO3+V2O3+O22NaVO3+CO2。

(3)加入稀硫酸后，酸浸液中VO3-与VO2+存在VO+2H+VO+H2O或VO+H2OVO+2H+化学平衡，因而能大量共存。答案为：VO+2H+VO+H2O或VO+H2OVO+2H+。

(4)加酸溶液时溶液中含铁离子、铜离子，滤渣2为Fe(OH)3、Cu(OH)2，当c(Fe3+)＜10-5mol/L时，则铁离子沉淀完全，根据Ksp=c(Fe3+)×c3(OH-)，所以c(OH-)==mol/L=1.58×10-11mol/L，当c(Cu2+)＜10-5mol/L，则铜离子沉淀完全，根据Ksp=c(Cu2+)×c2(OH-)，所以c(OH-)==mol/L=10-8mol/L，因而使Fe3+沉淀完全所需的OH-浓度远小于使Cu2+沉淀完全所需的OH-浓度，则保证铜离子完全沉淀时，铁离子早已经沉淀完全，则由Cu2+沉淀完全所需的c(OH-)=10-8mol/L可知，常温下调节酸浸液的pH=6，即可以完全除去铁、铜两种元素对应的离子，由于VO与VO存在①VO+H2OVO+2H+或②VO+2H+VO+H2O化学平衡，所以实际pH值要调整到8，使上述平衡①正向移动，或使②逆向移动，VO更多的转化为VO；答案为6；使VO+H2OVO+2H+平衡正向移动，或使VO+2H+VO+H2O化学平衡逆向移动，VO更多的转化为VO。

(5)由题图转化关系和给予的信息可知，滤液2中加入(NH4)2SO4溶液，产生NH4VO3沉淀，过滤，滤渣 3是NH4VO3，煅烧生成V2O5、NH3和H2O，其化学方程式为2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O↑；答案为2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O↑。