Question

2．废钒催化剂提取纯净V₂O₅的一种流程如图一所示：
（1）废钒催化剂需粉碎处理，目的是加快反应速率．
（2）填写并配平步骤②中的离子反应方程式．
6VO²⁺+1C1O₃^-+6H₂O=3V₂O₅↓+1Cl^-+12H⁺；
（3）根据图二和下表信息，步骤②调节pH的合适范围是2.0～2.5．

	开始沉淀pH	完全沉淀pH
Fe（OH）2	6.5	9.7
Fe（OH）3	2.5	3.7

溶液中有关离子沉淀的pH
（4）V₂O₅和NaOH溶液反应的化学方程式为V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O．
（5）步骤④中需加人硫酸，其原因是使NH₄⁺的水解平衡向逆方向移动，增加NH₄⁺的离子浓度，增加NH₄VO₃的产量．
（6）焙烧产生的气体用硫酸吸收后，其产物可以在该工艺中循环利用．
（7）V₂O₅可制成某电池的电解液．该电池的总反应为：VO₂⁺+2H⁺+V²⁺?V³+VO²⁺+H₂O，则放电时的负极产物为V³⁺．

Answer 1

分析 废钒催化剂加入亚硫酸钠、稀硫酸浸泡，然后过滤得到滤渣和滤液，滤液中含有VO²⁺和Fe²⁺，向滤液中加入氯酸钾并调节溶液pH，氯酸钾具有强氧化性，能将VO²⁺氧化生成V₂O₅沉淀，氯酸钾将亚铁离子氧化生成铁离子，然后过滤得到滤液，滤液中含有氯酸钾、铁离子、HCl等，将滤渣用NaOH溶液溶解并过滤得到滤渣和含有VO₃^-溶液，向滤液中加入稀硫酸、硫酸铵，得到滤渣和固体NH₄VO₃，将NH₄VO₃焙烧得到V₂O₅和氨气，
（1）反应物的接触面积越大，反应速率越快；
（2）步骤②中VO²⁺和C1O₃^-发生氧化还原反应，Cl元素化合价由+5价变为-1价，所以氯酸根离子作氧化剂，则VO²⁺作还原剂，化合价由+4价变为+5价；
（3）步骤②得到铁离子，调节溶液的pH使V₂O₅沉淀但不能使铁离子产生沉淀；
（4）V₂O₅和NaOH溶液发生复分解反应生成NaVO₃；
（5）硫酸铵溶液呈酸性，步骤④中需加人硫酸，抑制铵根离子水解；
（6）焙烧产生的气体是气体，用稀硫酸吸收得到硫酸铵；
（7）V₂O₅可制成某电池的电解液．该电池的总反应为：VO₂⁺+2H⁺+V²⁺?V³+VO²⁺+H₂O，放电时的负极上V²⁺失电子发生氧化反应．

解答 解：废钒催化剂加入亚硫酸钠、稀硫酸浸泡，然后过滤得到滤渣和滤液，滤液中含有VO²⁺和Fe²⁺，向滤液中加入氯酸钾并调节溶液pH，氯酸钾具有强氧化性，能将VO²⁺氧化生成V₂O₅沉淀，氯酸钾将亚铁离子氧化生成铁离子，然后过滤得到滤液，滤液中含有氯酸钾、铁离子、HCl等，将滤渣用NaOH溶液溶解并过滤得到滤渣和含有VO₃^-溶液，向滤液中加入稀硫酸、硫酸铵，得到滤渣和固体NH₄VO₃，将NH₄VO₃焙烧得到V₂O₅和氨气，
（1）反应物的接触面积越大，反应速率越快，废钒催化剂需粉碎处理，目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，故答案为：加快反应速率；
（2）步骤②中VO²⁺和C1O₃^-发生氧化还原反应，Cl元素化合价由+5价变为-1价，所以氯酸根离子作氧化剂，则VO²⁺作还原剂，化合价由+4价变为+5价，转移电子数是6，反应方程式为6VO²⁺+ClO₃^-+6H₂O=3V₂O₅↓+Cl^-+12H⁺，
故答案为：6；1；6H₂O；3V₂O₅↓；1；12H⁺；
（3）步骤②得到铁离子，调节溶液的pH使V₂O₅沉淀但不能使铁离子产生沉淀，结合图2及铁离子沉淀需要pH知，调节的pH范围是2.0-2.5，
故答案为：2.0～2.5；
（4）V₂O₅和NaOH溶液发生复分解反应生成NaVO₃，反应方程式为V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O，
故答案为：V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O；
（5）硫酸铵溶液呈酸性，步骤④中需加人硫酸，抑制铵根离子水解，使NH₄⁺的水解平衡向逆方向移动，增加NH₄⁺的离子浓度，增加NH₄VO₃的产量，
故答案为：使NH₄⁺的水解平衡向逆方向移动，增加NH₄⁺的离子浓度，增加NH₄VO₃的产量；
（6）焙烧产生的气体是气体，用稀硫酸吸收得到硫酸铵，硫酸铵能循环利用，故答案为：硫酸；
（7）V₂O₅可制成某电池的电解液．该电池的总反应为：VO₂⁺+2H⁺+V²⁺?V³+VO²⁺+H₂O，放电时的负极上V²⁺失电子发生氧化反应，电极反应式为V²⁺-e^-=V³⁺，所以产物是V³⁺，故答案为：V³⁺．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及原电池原理、盐类水解、氧化还原反应、反应速率影响因素、基本操作等知识点，综合性较强，侧重考查基本原理，明确流程图中每一步发生的反应、物质性质及基本操作是解本题关键，注意从整体把握分析，题目难度中等．