Question

5．以硅藻土為載體的五氧化二釩（V₂O₅）是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑．從廢釩催化劑中回收V₂O₅既避免污染環(huán)境
又有利于資源綜合利用．廢釩催化劑的主要成分為：

物質(zhì)	V2O5	V2O4	K2SO4	SiO2	Fe2O3	Al2O3
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%	2.2～2.9	2.8～3.1	22～28	60～65	1～2	＜1

以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：

回答下列問(wèn)題：
（1）“酸浸”時(shí)V₂O₅轉(zhuǎn)化為VO₂⁺，反應(yīng)的離子方程式為V₂O₅+2H⁺=2VO₂⁺+H₂O，同時(shí)V₂O₄轉(zhuǎn)成VO²⁺．“廢渣1”的主要成分是SiO₂．
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO²⁺變?yōu)閂O₂⁺，則需要氧化劑KClO₃至少為0.5mol．
（3）“中和”作用之一是使釩以V₄O₁₂^4-形式存在于溶液中．“廢渣2”中含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）“離子交換”和“洗脫”可簡(jiǎn)單表示為：4ROH+V₄O₁₂^4-$?_{洗脫}^{離子交換}$R₄V₄O₁₂+4OH^-（以ROH為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂）．為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈堿性（填“酸”“堿”“中”）．
（5）“流出液”中陽(yáng)離子最多的是K⁺．
（6）“沉釩”得到偏釩酸銨（NH₄VO₃）沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O↑+2NH₃↑．

Answer 1

分析 從廢釩催化劑中回收V₂O₅，由流程可知，“酸浸”時(shí)V₂O₅轉(zhuǎn)化為VO₂⁺，V₂O₄轉(zhuǎn)成VO²⁺．氧化鐵、氧化鋁均轉(zhuǎn)化為金屬陽(yáng)離子，只有SiO₂不溶，則過(guò)濾得到的濾渣1為SiO₂，然后加氧化劑KClO₃，將VO²⁺變?yōu)閂O₂⁺，再加KOH時(shí)，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，同時(shí)中和硫酸，過(guò)濾得到的濾渣2為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，“離子交換”和“洗脫”可簡(jiǎn)單表示為：4ROH+V₄O₁₂^4-$?_{洗脫}^{離子交換}$R₄V₄O₁₂+4OH^-，由ROH為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂可知，堿性條件下利用反應(yīng)逆向移動(dòng)，流出液中主要為硫酸鉀，“沉釩”得到偏釩酸銨（NH₄VO₃）沉淀，“煅燒”時(shí)分解生成V₂O₅，以此來(lái)解答．

解答 解：從廢釩催化劑中回收V₂O₅，由流程可知，“酸浸”時(shí)V₂O₅轉(zhuǎn)化為VO₂⁺，V₂O₄轉(zhuǎn)成VO²⁺．氧化鐵、氧化鋁均轉(zhuǎn)化為金屬陽(yáng)離子，只有SiO₂不溶，則過(guò)濾得到的濾渣1為SiO₂，然后加氧化劑KClO₃，將VO²⁺變?yōu)閂O₂⁺，再加KOH時(shí)，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，同時(shí)中和硫酸，過(guò)濾得到的濾渣2為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，“離子交換”和“洗脫”可簡(jiǎn)單表示為：4ROH+V₄O₁₂^4-$?_{洗脫}^{離子交換}$R₄V₄O₁₂+4OH^-，由ROH為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂可知，堿性條件下利用反應(yīng)正向移動(dòng)，流出液中主要為硫酸鉀，“沉釩”得到偏釩酸銨（NH₄VO₃）沉淀，“煅燒”時(shí)分解生成V₂O₅，
（1）“酸浸”時(shí)V₂O₅轉(zhuǎn)化為VO₂⁺，反應(yīng)的離子方程式為V₂O₅+2H⁺=2VO₂⁺+H₂O，由上述分析可知濾渣1為SiO₂，
故答案為：V₂O₅+2H⁺=2VO₂⁺+H₂O；SiO₂；
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO²⁺變?yōu)閂O₂⁺，由電子守恒可知，則需要氧化劑KClO₃至少為$\frac{3mol×（5-4）}{[5-（-1）]}$=0.5mol，
故答案為：0.5；
（3）由上述流出分析可知濾渣2為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）利用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂可“離子交換”和“洗脫”，則應(yīng)選擇堿性條件下使用，且OH^-濃度大反應(yīng)逆向移動(dòng)提高洗脫效率，故答案為：堿；
（5）由上述分析可知，流出液中主要為硫酸鉀，則“流出液”中陽(yáng)離子最多的是K⁺，故答案為：K⁺；
（6）“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O↑+2NH₃↑，故答案為：2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O↑+2NH₃↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，把握流程中發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離及實(shí)驗(yàn)技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意元素化合物與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的訓(xùn)練，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．