Question

【題目】以AlCl3、工業(yè)V2O5（純度為96%）為原料，低溫提純制備高純V2O5，其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：①無(wú)水AlCl3升華溫度約170℃，在空氣中會(huì)吸水部分水解。

②VOCl3（三氯氧釩）熔點(diǎn)約78 ℃，沸點(diǎn)約127 ℃，易水解生成V2O5。

③V2O5易溶于堿生成VO（偏釩酸鹽），溶于強(qiáng)酸生成（氧基釩離子）。

(1)“氯化”產(chǎn)物為VOCl3和Al2O3，裝置如圖所示。

向反應(yīng)裝置中不斷通入氬氣的目的是_________；反應(yīng)溫度采用160℃左右的原因是_________。

(2)“沉釩”時(shí)控制溫度為35 ℃、pH約為1，VOCl3轉(zhuǎn)化為(NH4)2V6O16（多釩酸銨），其離子方程式為_________。

(3)“煅燒”時(shí)為避免生成的NH3將產(chǎn)物還原，需采取的措施是_________。

(4)氨解沉釩時(shí)也可將VOCl3與氨水作用，生成NH4VO3（為避免反應(yīng)過(guò)于劇烈，需先將一定量VOCl3溶解于水中配制成釩溶液）。沉釩率與釩溶液濃度、氨解溫度的關(guān)系分別如圖1、圖2所示。

①釩溶液中會(huì)存在少量顆粒狀沉淀，其可能成分為_________（填化學(xué)式）。

②為確定較適宜的沉釩條件，請(qǐng)結(jié)合圖曲線，補(bǔ)充完整“探究氨水濃度對(duì)沉釩率的影響”的實(shí)驗(yàn)方案：_________，使用專用儀器測(cè)定并計(jì)算沉釩率。（實(shí)驗(yàn)中可供選擇的試劑：50 g·L－1的釩溶液、10 g·L－1的釩溶液、25 %的優(yōu)級(jí)純氨水、高純水）

Answer 1

【答案】排出裝置中的水蒸氣，以防V2O5水解 該溫度下反應(yīng)能發(fā)生，同時(shí)將生成的VOCl3及時(shí)蒸出分離，又避免AlCl3升華而混入雜質(zhì) 6VOCl3 +2NH+10H2O=(NH4)2V6O16+18Cl－+20H＋ 在空氣中進(jìn)行，并不斷攪拌 V2O5 取數(shù)份等體積、50 g·L－1的釩溶液，分別加入不同體積25 %的優(yōu)級(jí)純氨水，再加入高純水使各組溶液總體積相等，水浴加熱控制反應(yīng)溫度均為35 ℃（或35-55℃之間任一溫度），充分反應(yīng)相同的時(shí)間（或1-2 h）

【解析】

“氯化”：AlCl3、V2O5反應(yīng)得到VOCl3和Al2O3；“氨解沉釩”：VOCl3、Al2O3、NH4Cl、HCl反應(yīng)得到(NH4)2V6O16、AlCl3，過(guò)濾后AlCl3隨濾液除去，得(NH4)2V6O16；“煅燒”(NH4)2V6O16得NH3和V2O5，據(jù)此分析解答。

(1)VOCl3易水解生成V2O5，通入氬氣排出裝置中的水蒸氣，以防V2O5水解，無(wú)水AlCl3升華溫度約170℃，VOCl3沸點(diǎn)約127 ℃，控制在160℃是因?yàn)樵摐囟认路磻?yīng)能發(fā)生，且生成的VOCl3能及時(shí)蒸出，同時(shí)還防止AlCl3升華而成為雜質(zhì)，故答案為：排出裝置中的水蒸氣，以防V2O5水解；該溫度下反應(yīng)能發(fā)生，同時(shí)將生成的VOCl3及時(shí)蒸出分離，又避免AlCl3升華而混入雜質(zhì)；

(2)pH約為1，為酸性，結(jié)合電荷守恒、原子守恒可得VOCl3轉(zhuǎn)化為(NH4)2V6O16的離子方程式為：6VOCl3 +2NH+10H2O=(NH4)2V6O16+18Cl－+20H＋，故答案為：6VOCl3 +2NH+10H2O=(NH4)2V6O16+18Cl－+20H＋；

(3)空氣中有氧化劑O2，“煅燒”時(shí)為避免生成的NH3將產(chǎn)物V2O5還原，可使“煅燒”在空氣中進(jìn)行，并不斷攪拌，故答案為：在空氣中進(jìn)行，并不斷攪拌；

(4)①VOCl3易水解生成V2O5，所以配制釩溶液時(shí)會(huì)有V2O5顆粒狀沉淀生成，故答案為：V2O5；

②“探究氨水濃度對(duì)沉釩率的影響”，則可做多組氨水濃度不同、釩溶液濃度相同、溫度相同的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由圖2可知，釩溶液濃度太低沉釩率太低，可能導(dǎo)致誤差大，所以釩溶液選用濃度為50 g·L－1，可用純水控制溶液總體積相同。由圖3可知，溫度高于55℃，沉釩率下降，可能原因是溫度高于55℃，氨水分解過(guò)多，故應(yīng)控制溫度在55℃以下。具體操作為：取數(shù)份等體積、50 g·L－1的釩溶液，分別加入不同體積25 %的優(yōu)級(jí)純氨水，再加入高純水使各組溶液總體積相等，水浴加熱控制反應(yīng)溫度均為35 ℃（或35-55℃之間任一溫度），充分反應(yīng)相同的時(shí)間（或1-2 h），使用專用儀器測(cè)定并計(jì)算沉釩率，故答案為：取數(shù)份等體積、50 g·L－1的釩溶液，分別加入不同體積25 %的優(yōu)級(jí)純氨水，再加入高純水使各組溶液總體積相等，水浴加熱控制反應(yīng)溫度均為35 ℃（或35-55℃之間任一溫度），充分反應(yīng)相同的時(shí)間（或1-2 h）。