Question

【題目】工業(yè)上用含三價釩（V2O3）為主的某石煤為原料（含有Al2O3、CaO等雜質(zhì)），鈣化法焙燒制備V2O5，其流程如下：

資料：+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系:

pH	4～6	6～8	8～10	10～12
主要離子	VO2+	VO3—	V2O74—	VO43—

（1）焙燒:向石煤中加生石灰焙燒，將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2的化學方程式是_________。

（2）酸浸:①Ca（VO3）2難溶于水，可溶于鹽酸。若焙砂酸浸時溶液的pH=4，Ca（VO3）2溶于鹽酸的離子方程式是________。

②酸度對釩和鋁的溶解量的影響如圖所示：酸浸時溶液的酸度控制在大約3.2%，根據(jù)下圖推測，酸浸時不選擇更高酸度的原因是________。

（3）轉(zhuǎn)沉：將浸出液中的釩轉(zhuǎn)化為NH4VO3固體，其流程如下：

①浸出液中加入石灰乳的作用是_____________。

②已知常溫下CaCO3的溶度積常數(shù)為Ksp1，Ca3（VO4）2溶度積常數(shù)為Ksp2。過濾后的（NH4）3VO4溶液中VO43—的濃度為cmol/L，該溶液中CO32—的濃度為_______mol/L

③向（NH4）3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5。當pH>8時，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低，原因是_______________。

（4）測定產(chǎn)品中V2O5的純度：稱取ag產(chǎn)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溶液滴定過量的（NH4）2Fe（SO4）2至終點，消耗KMnO4溶液的體積為b2mL。

已知MnO4-被還原為Mn2+，假設(shè)雜質(zhì)不參與反應。則產(chǎn)品中V2O5的質(zhì)量分數(shù)是_____。（V2O5的摩爾質(zhì)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%時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大程度更大 調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3（VO4）2沉淀 當pH>8時，釩的主要存在形式不是

【解析】

焙燒過程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2，用鹽酸酸浸，浸出液中含有VO2+、Al3+、Ca2+、Cl-、H+，加入石灰乳調(diào)節(jié)pH得到Ca3（VO4）2沉淀，由表中數(shù)據(jù)，可知應控制pH范圍為10～12，由Ca（VO3）2 Ca3（VO4）2，可知氫氧化鈣還提供Ca2+。過濾分離，Ca3（VO4）2與碳酸銨反應轉(zhuǎn)化為更難溶的CaCO3沉淀，c（Ca2+）降低，使釩從沉淀中轉(zhuǎn)移到溶液中形成（NH4）3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，調(diào)節(jié)溶液pH，同時溶液中NH4+增大，有利于析出（NH4）3VO3；據(jù)此分析解答。

（1）焙燒過程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2，CaO參與反應，V元素化合價升高，需要氧氣參加反應，反應方程式為：CaO+O2+V2O3Ca（VO3）2，故答案為：CaO+O2+V2O3Ca（VO3）2；

（2）①Ca（VO3）2難溶于水，可溶于鹽酸，若焙砂酸浸時溶液的pH=4，由表中數(shù)據(jù)可知，Ca（VO3）2溶于鹽酸轉(zhuǎn)化為VO2+，反應離子方程式為：Ca（VO3）2+4H+═2VO2++Ca2++2H2O，故答案為：Ca（VO3）2+4H+=2+Ca2++2H2O；

②根據(jù)如圖推測，酸浸時不選擇更高酸度的原因是：酸度大于3.2%時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大程度更大；故答案為：酸度大于3.2%時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大程度更大；

（3）焙燒過程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2，用鹽酸酸浸，浸出液中含有VO2+、Al3+、Ca2+、Cl-、H+，加入石灰乳調(diào)節(jié)pH得到Ca3（VO4）2沉淀，由表中數(shù)據(jù)，可知應控制pH范圍為10～12，由Ca（VO3）2 Ca3（VO4）2，可知氫氧化鈣還提供Ca2+。過濾分離，Ca3（VO4）2與碳酸銨反應轉(zhuǎn)化為更難溶的CaO3沉淀，c（Ca2+）降低，使釩從沉淀中轉(zhuǎn)移到溶液中形成（NH4）3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，調(diào)節(jié)溶液pH，同時溶液中NH4+增大，有利于析出（NH4）3VO3；

①浸出液中加入石灰乳的作用是：調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3（VO4）2沉淀；故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3（VO4）2沉淀；

②根據(jù)Ksp的表達式計算得：，故答案為：；

③當pH＞8時，釩的主要存在形式不是VO3-，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低，故答案為：當pH>8時，釩的主要存在形式不是；

（4）加入高錳酸鉀發(fā)生反應：5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，反應消耗KMnO4為：b2×10-3L×c2molL-1=b2c2×10-3mol，剩余的Fe2+物質(zhì)的量為：5b2c2×10-3mol，與VO2+反應Fe2+物質(zhì)的量為：b1×10-3L×c1molL-1-5 b2c2×10-3mol=（b1c1-5b2c2）×10-3mol，由關(guān)系式：V2O5～2NH4VO3～2VO2+～2Fe2+，可知n（V2O5）=（b1c1-5b2c2）×10-3mol，故產(chǎn)品中V2O5的質(zhì)量分數(shù)為：=，故答案為：。