Question

【題目】五氧化二釩廣泛用于冶金、化工等行業(yè)，用作合金添加劑、生產(chǎn)硫酸或石油精煉用的催化劑等。為回收利用含釩催化劑，研制了一種利用廢催化劑（含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸鹽）回收V2O5的新工藝流程如圖：

已知：（1）部分含釩物質(zhì)常溫下在水中的溶解性如表所示：

物質(zhì)	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

（2）VO2++OH-VO3-+H2O

回答下列問題：

（1）用水浸泡廢催化劑，為了提高單位時間內(nèi)廢釩的浸出率，在不加試劑情況下，可以采取的措施為__（寫一條）。

（2）濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，其存在形式為__（填離子符號）。

（3）每生成1mol（VO2）2SO4時轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為___。

（4）在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液發(fā)生反應的離子方程式為___。

（5）結合化學用語，用平衡移動原理解釋加入氨水的一種作用為__。

（6）新工藝流程的最后，釩以NH4VO3的形式沉淀出來；如圖中橫坐標表示反應II的溫度，縱坐標表示沉釩率，沉釩率是指NH4VO3沉淀中V元素的質(zhì)量和廢催化劑中V元素的質(zhì)量之比，也即是釩的回收率。請解釋圖中溫度超過80℃以后，沉釩率下降的可能原因是___。

（7）該工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)為__。

（8）若實驗室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有釩已換算成V2O5)。取100克該廢釩催化劑按工業(yè)生產(chǎn)的步驟進行實驗。當加入100mL0.1mol/L的KClO3溶液時，溶液中的釩恰好被完全處理，假設與KClO3反應后的操作步驟中釩沒有損失，則該實驗中釩的回收率是__（保留3位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】粉碎廢釩；攪拌；適當升溫 VO2+ 2NA或1.204×1024 V2O5＋SO32-＋4H+=2VO2+＋SO42-＋2H2O 作用1：溶液中存在平衡：VO2++2OH-VO3-+H2O，加入氨水，使OH-濃度增大，該平衡正移，從而使VO2+盡可能都轉(zhuǎn)化為VO3-

作用2：溶液中存在平衡:NH4VO3(s)NH4+(aq)+VO3-(aq)，加入氨水，使NH4+濃度增大，該平衡逆移，從而使NH4VO3盡可能沉淀析出 原因1：溫度升高，NH4VO3溶解度增大，沉釩率下降。原因2：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使NH4+濃度下降，沉釩率下降。原因3：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。原因4：平衡VO2++2OH-VO3-+H2O，正反應可能是放熱反應，溫度升高，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降 氨水或NH3和H2O 91.0%

【解析】

廢釩催化劑粉碎、水浸，將溶解性物質(zhì)溶于水，然后過濾得到濾渣和濾液，根據(jù)溶解性表知，濾液中含有VOSO4，濾渣中含有V2O5等不溶性雜質(zhì)，向濾渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V2O5還原為VOSO4，然后過濾得到濾渣和濾液，將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO4氧化為(VO2)2SO4，加入氨水，得到難溶性的NH4VO3，焙燒NH4VO3得到V2O5，以此解答該題。

（1）水浸時，為了提高廢釩的浸出率，可粉碎廢釩、攪拌，適當升高溫度，延長浸泡時間；答案為：粉碎廢釩；攪拌；適當升溫；

（2）廢催化劑（含有V2O5、VOSO4、不溶性硅酸鹽）用水浸泡，根據(jù)題中信息，由于VOSO4是可溶的，過濾時進入慮液1中，又根據(jù)題中信息，濾液1和濾液2中釩的存在形式相同，則釩的存在形式為VO2+；答案為VO2+。

（3）由2VOSO4→(VO2)2SO4可以知道，V由+4價到+5價，1摩爾V失1摩爾電子，而(VO2)2SO4中有2摩爾V，故每生成1mol(VO2)2SO4轉(zhuǎn)移2NA個電子；答案為2NA或1.204×1024。

（4）在濾渣1中加入Na2SO3和過量H2SO4溶液發(fā)生反應的離子方程式為：V2O5+SO32-+4H+＝2VO2++SO42-+2H2O；答案為V2O5+SO32-+4H+＝2VO2++SO42-+2H2O。

（5）溶液中存在平衡：VO2++2OH-VO3-+H2O，加入氨水，使OH-濃度增大，該平衡正移，從而使VO2+盡可能都轉(zhuǎn)化為VO3-，另外溶液中存在平衡：NH4VO3（s）NH4+（aq）+VO3-（aq），加入氨水，使NH4+濃度增大，該平衡逆移，從而使NH4VO3盡可能沉淀析出；答案為作用1：溶液中存在平衡：VO2++2OH-VO3-+H2O，加入氨水，使OH-濃度增大，該平衡正移，從而使VO2+盡可能都轉(zhuǎn)化為VO3-，作用2：溶液中存在平衡：NH4VO3（s）NH4+（aq）+VO3-（aq），加入氨水，使NH4+濃度增大，該平衡逆移，從而使NH4VO3盡可能沉淀析出；

（6）根據(jù)已知信息及物質(zhì)的性質(zhì)可知溫度超過80℃以后，沉釩率下降的可能原因是，原因1：溫度升高，NH4VO3溶解度增大，沉釩率下降。原因2：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使NH4+濃度下降，沉釩率下降。原因3：溫度升高，氨水受熱分解逸出溶液，使OH-濃度下降，VO2++2OH-VO3-+H2O，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。原因4：平衡VO2++2OH-VO3-+H2O，正反應可能是放熱反應，溫度升高，該平衡逆移，導致VO3-濃度下降，沉釩率下降。

（7）釩酸銨加熱分解2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O；產(chǎn)物中有V2O5、NH3、H2O，則氨氣和水，可循環(huán)使用；答案為氨水或NH3和H2O。

（8）結合得失電子守恒和原子守恒配平得到加入氯酸鉀時發(fā)生的反應離子方程式為：6VO2++ClO3-+3H2O＝6VO2++Cl-+6H+，根據(jù)該離子方程式可得如下關系：3V2O5～6VO2+～ClO3-，100 mL0.1mol/L的KClO3溶液中ClO3-的物質(zhì)的量為n(ClO3-)=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，則對應V2O5的物質(zhì)的量為0.03mol，質(zhì)量為：0.03mol×182g/mol=5.46g，所以該實驗中釩的回收率為：×100%=91.0%；答案為91.0%。