Question

【題目】五氧化二釩常用作化學(xué)工業(yè)中的催化劑，廣泛用于冶金、化工生產(chǎn)。一種以釩渣(主要含有V2O3，還有少量FeO、Al2O3、SiO2等)為原料生產(chǎn)V2O5的工藝流程如圖：

已知：VO+H2OVO+2H+

(1)“焙燒”時(shí)，V2O3轉(zhuǎn)化為NaVO3的化學(xué)方程式是___。

(2)濾渣1為___(填化學(xué)式)，“酸浸”后，調(diào)pH=7.6，除了得到沉淀Fe(OH)3、___，另一個(gè)目的是___。

(3)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)的離子方程式是___。圖1是沉釩率隨溫度的變化曲線(xiàn)，溫度高于80℃，沉釩率下降，其可能原因是___。

(4)在“煅燒”過(guò)程中，固體殘留率(剩余固體質(zhì)量/原始固體質(zhì)量x100%)隨溫度變化的曲線(xiàn)如圖2所示。NH4VO3分解過(guò)程中，先后失去的物質(zhì)分別是___、___。(填化學(xué)式)

(5)金礬液流電池的電解質(zhì)溶液為VOSO4溶液，電池的工作原理為VO2+＋V2++2H+VO2++H2O+V3+，電池充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為___。

Answer 1

【答案】V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2 H2SiO3 Al(OH)3 使VO+H2OVO+2H+平衡正向移動(dòng)，VO更多的轉(zhuǎn)化為VO NH+VO=NH4VO3↓ 溫度高于80℃，NH水解程度增大成為主要因素，使NH濃度減小，沉釩率下降或溫度升高NH4VO3溶解度增大或溫度升高銨鹽分解 NH3 H2O VO2++H2O-e-=VO+2H+

【解析】

釩渣(主要含有V2O3，還有少量FeO、Al2O3、SiO2等)混合碳酸鈉在空氣中焙燒，V2O3轉(zhuǎn)化為NaVO3同時(shí)鐵元素被氧化、SiO2轉(zhuǎn)化為Na2SiO3；再用足量稀硫酸浸取，得到的溶液中主要含有VO、Fe3+、Al3+，濾渣1為不溶于稀硫酸的H2SiO3；之后調(diào)節(jié)溶液pH值使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為沉淀，濾渣2主要為Fe(OH)3、Al(OH)3，同時(shí)pH增大使VO+H2OVO+2H+平衡正向移動(dòng)；之后加入硫酸銨得到NH4VO3沉淀，過(guò)濾煅燒沉淀得到V2O5。

(1)V2O3與碳酸鈉混合在空氣中煅燒，轉(zhuǎn)化為NaVO3的過(guò)程中V元素被氧氣氧化，根據(jù)電子守恒和元素守恒可得化學(xué)方程式為V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2；

(2)濾渣1為不溶于稀硫酸的H2SiO3；根據(jù)分析可知調(diào)pH=7.6，得到的沉淀有Fe(OH)3、Al(OH)3，pH增大使VO+2OVO+2H+平衡正向移動(dòng)，VO更多的轉(zhuǎn)化為VO；

(3)沉釩過(guò)程發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，離子方程式為NH+VO=NH4VO3↓；銨根在水溶液中會(huì)發(fā)生水解，水解為吸熱反應(yīng)，溫度高于80℃，NH水解程度增大成為主要因素，使NH濃度減小，沉釩率下降；同時(shí)溫度升高NH4VO3溶解度增大；且銨鹽不穩(wěn)定，溫度升高銨鹽分解；

(4)根據(jù)銨鹽的性質(zhì)，NH4VO3分解產(chǎn)生氨氣和HVO3，根據(jù)題意可知HVO3又分解產(chǎn)生V2O5；假設(shè)初始NH4VO3的質(zhì)量為117g，物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)元素守恒可知分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生1molNH3和0.5molH2O；A點(diǎn)減少的質(zhì)量為117g×(1-85.47%)=17g，剛好是1molNH4VO3中的NH3，所以起點(diǎn)到A點(diǎn)失去的物質(zhì)是NH3；A點(diǎn)到B點(diǎn)減少的質(zhì)量為117g×(85.47%-77.78%)=9g，剛好是0.5molH2O的質(zhì)量，所以A到B失去的是H2O；

(5)充電時(shí)陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電池總反應(yīng)可知，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為VO2++H2O-e-=VO+2H+。