Question

金屬釩被譽為“合金的維生素”，釩及其化合物在工業(yè)生產中有著廣泛的應用．從廢釩催化劑（主要成分有V₂O₅，VOSO₄，K₂SO₄，SiO₂等）中回收V₂O₅的生產流程圖如下：

請回答：
（1）進行步驟①前，將廢釩催化劑粉碎的目的是

 

．寫出步驟①中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式

 

．
（2）實驗室中進行萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有

 

．②③變化過程可簡化為（下式R表示VO²⁺，HA表示有機萃取劑）R₂（SO₄）_n（水層）+2n HA（有機層）?2RA_n（有機層）+n H₂SO₄（水層），為提高②中萃取百分率，應采取的措施是

 

；
（3）25°C時，取樣進行試驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關系如下表：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

通過上表數(shù)據分析，在實際生產中，⑤中加入氨水，調節(jié)溶液的最佳pH為

 

；
（4）在焙燒NH₄VO₃的過程中，固體質量的減少值（縱坐標）隨溫度變化的曲線如圖所示，則NH₄VO₃在分解過程中

 

．
A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃
B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同時分解失去H₂O和NH₃
D．同時分解失去H₂、N₂和H₂O
（5）全釩液儲能電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺

放電

充電

VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池放電時正極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點："三廢"處理與環(huán)境保護

專題：實驗設計題

分析：生產流程：廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等），據物質的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水，即為得到的濾渣亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；加入硫酸抑制平衡正向進行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）根據影響化學反應速率的因素來回答；亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，據此書寫離子方程式；
（2）萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有分液漏斗和燒杯；反萃取時分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機層）?VOA₂（有機層）+H₂SO₄（水層），為提高②中萃取百分率，則加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃�。�
（3）從沉淀率和pH關系找出最佳沉淀率；
（4）根據NH₄VO₃在焙燒變化的圖象中固體質量分數(shù)結合方程式分析；
（5）根據正極反應是還原反應書寫．

解答： 解：生產流程：廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等），據物質的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水，即為得到的濾渣亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；加入硫酸抑制平衡正向進行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO²⁺氧化為VO₂⁺，加入氨水，調節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH₄VO₃，最后焙燒得到五氧化二釩即可．
（1）將固體粉碎，增加固體的表面積，可以加快浸出速率，亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，所以步驟①中發(fā)生氧化還原反應的離子反應方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率；V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有分液漏斗和燒杯；反萃取時分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機層）?VOA₂（有機層）+H₂SO₄（水層），為提高②中萃取百分率，則加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃取，
故答案為：分液漏斗和燒杯；加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃取；
（3）從沉淀率和pH關系可知，隨pH增大，沉淀率先增大后減小，故沉淀率最大的pH即為最佳pH，pH=1.7～1.8，沉淀率最大，故答案為：1.7～1.8；
（4）根據NH₄VO₃在焙燒變化的圖象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g          34g  18g
210℃時，固體質量減少值為1-85.47%=14.54%，380℃時，根據質量減少值為85.47-77.78%=7.69%，
根據方程式知，生成水時固體質量減少分數(shù)小于生成氨氣時，所以210℃時減少的是氨氣，380℃時減少的是水，則該反應過程中先失去氨氣后失去水，故選B；
（5）正極反應是還原反應，由電池總反應可知放電時的正極反應為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

點評：本題考查了流程分析判斷，物質性質和實驗設計的方法應用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．