Question

【题目】工业上用含三价钒(V2O3)为主的某石煤为原料(含有 Al2O3、CaO 等杂质)，钙化法焙烧制备 V2O5，其流程如下：

（资料）+5 价钒在溶液中的主要存在形式与溶液 pH 的关系:

pH	4～6	6～8	8～10	10～12
主要离子	VO2+	VO3-	V2O74-	VO43-

(1)焙烧: 向石煤中加生石灰焙烧，将 V2O3 转化为 Ca(VO3)2 的化学方程式是______________。

(2)酸浸:①Ca(VO3)2 难溶于水，可溶于盐酸。若焙砂酸浸时溶液的 pH=4，Ca(VO3)2 溶于盐酸的离子方程式是________。

②酸度对钒和铝的溶解量的影响如图所示:酸浸时溶液的酸度控制在大约 3.2%，根据下图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是________________。

(3)转沉： 将浸出液中的钒转化为 NH4VO3 固体，其流程如下：

①浸出液中加入石灰乳的作用是_____。

②向(NH4)3VO4 溶液中加入 NH4Cl 溶液，控制溶液的 pH=7.5。当 pH>8 时，NH4VO3 的产量明显降低，原因是_______________。

(4)测定产品中 V2O5 的纯度:称取 ag 产品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4 溶液。再加入 b1mLc1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2 溶液(VO2++2H++Fe2+=VO2++Fe3++H2O) 最后用 c2mol/LKMnO4 溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2 至终点，消耗 KMnO4 溶液的体积为 b2mL。已知 MnO4-被还原为 Mn2+，假设杂质不参与反应。则产品中 V2O5 的质量分数是_____。(V2O5 的摩尔质量:：182g/mol)

Answer 1

【答案】CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2 Ca(VO3)2+4H+=2+Ca2++2H2O 酸度大于3.2%时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大 调节溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀 当pH>8时，钒的主要存在形式不是

【解析】

向石煤中加生石灰焙烧，发生主要反应：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2，加酸酸浸，将浸出液用石灰乳得到Ca3(VO4)2沉淀富集钒元素，向沉淀加入(NH4)2CO3溶液得到(NH4)3VO4溶液，向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5，得到NH4VO3，煅烧制得V2O5，

（1）V2O3与CaO、氧气焙烧得到Ca(VO3)2，据此书写；

（2）①根据题意，pH=4，Ca(VO3)2溶于盐酸生成，据此书写；

②根据酸度对钒和铝的溶解量的图可知，酸度超过3.2%，钒的溶解量变化不大；

（3）①石灰乳的作用是得到Ca3(VO4)2沉淀富集钒元素；

②根据图表可知当pH>8时，钒的主要存在形式发生改变；

（4）加入高锰酸钾发生反应：，根据消耗高锰酸钾的量计算剩余的Fe2+物质的量，再结合消耗的(NH4)2Fe(SO4)2计算反应Fe2+物质的量，结合关系式：计算。

（1）焙烧过程将V2O3转化为Ca(VO3)2，CaO参与反应，V元素化合价升高，需要氧气参加反应，反应方程式为：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2，

故答案为：CaO+O2+V2O3Ca(VO3)2；

（2）①Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸，若焙砂酸浸时溶液的pH=4，由表中数据可知，Ca(VO3)2溶于盐酸转化为，反应离子方程式为：Ca(VO3)2+4H+=2+Ca2++2H2O，

故答案为：Ca(VO3)2+4H+=2+Ca2++2H2O；

②根据如图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是：酸度大于span>3.2%时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大，

故答案为：酸度大于3.2%时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大程度更大；

（3）焙烧过程将V2O3转化为Ca(VO3)2，用盐酸酸浸，浸出液中含有、Al3+、Ca2+、Cl、H+，加入石灰乳调节pH得到Ca3(VO4)2沉淀，由表中数据，可知应控制pH范围为1012，由Ca(VO3)2→Ca3(VO4)2，可知氢氧化钙还提供Ca2+，过滤分离，Ca3(VO4)2与碳酸铵反应转化为更难溶的CaCO3沉淀，c(Ca2+)降低，使钒从沉淀中转移到溶液中形成(NH4)3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，调节溶液pH，同时溶液中增大，有利于析出(NH4)3VO3，

①浸出液中加入石灰乳的作用是：调节溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀，

故答案为：调节溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3(VO4)2沉淀；

②当pH>8时，钒的主要存在形式不是，NH4VO3的产量明显降低，

故答案为：当pH>8时，钒的主要存在形式不是；

（4）加入高锰酸钾发生反应：，反应消耗KMnO4为b2×103L×c2molL1=b2c2×103mol，剩余的Fe2+物质的量=5b2c2×103mol，与反应Fe2+物质的量=b1×103L×c1molL15b2c2×103mol=(b1c15b2c2)×103mol，由关系式可知n(V2O5)=mol，故产品中V2O5的质量分数为：，

故答案为：。