专项训练 与金属钒有关的化工流程题
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化学工艺流程1.明矾[KAl(SO4) 2·12H2O]易溶于水,不易溶于乙醇,在生产、生活中有广泛用途。
利用炼铝厂的废料——铝灰(含Al、Al2O3及少量的SiO2、FeO·xFe2O2)制备明矾的工艺流程如下:回答下列问题:(1)酸浸时为提高铝的浸取虑,可采取的措施是(填标号)。
a.改用同浓度的硝酸b.用硫酸多次浸取c.浸取时间缩短一半d.适当升高温度(2)滤渣1的成分是;滤渣2经过处理可以制得一种高效的无机高分子混凝剂,其化学式为[Fe2(OH)n(SO4)(3-0.5n)]m,则该物质中铁元素的化合价为。
(3)检验滤液A中含有Fe2+的实验方案及现象是。
(4)已知常温下K sp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,当调节溶液的pH=3时,溶液中c(Fe3+)= 。
(5)操作Ⅱ中包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作,使用酒精洗涤明矾晶体的目的是;明矾净水的原理是(写离子方程式)。
(6)已知在pH=3和加热条件下,MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2,则上述流程图中加入适量MnSO4发生反应的离子方程式为。
.(1)bd(2分)(2)SiO2(1分)+3(2分)(3)取少量滤液A于试管中,滴入几滴酸性高锰酸钾溶液,高锰酸钾溶液褪色,说明滤液A中含有Fe2+(或取少量滤液A于试管中,滴入几滴铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,说明滤液A中含有Fe2+)(2分)(4)4.0×10-5 mol·L-1(2分)(5)利用乙醇的易挥发性带走水分,使产物快速变干(2分)Al3++3H2O Al(OH)3(胶体)+3H+(2分)(6)3Mn2++2MnO+2H2O=5MnO2↓+4H+(2分)2. 硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。
用锌白矿(主要成分为ZnO,还含有FeO、CuO、SiO2等杂质)制备ZnSO4·7H2O的流程如下。
已知:K sp[Fe(OH)3]=4.0×10−38,K sp[Cu(OH)2]=2.2×10−20(1)“滤渣1”的主要成分是(填化学式)。
2020届福建高三化学——化学工业流程大题周练(以钒V为载体)072020届届届届届届届——届届届届届届届届届届(以钒V为载体)071.从工业废钒中回收金属钒既避免环境污染又有利于资源综合利用。
某工业废钒的主要成分为V2O5、VOSO4和SiO2等,从废钒中回收钒的一种工艺流程如下:回答下列问题:(1)为了提高“酸浸”效率,可以采取的措施有________(填一种)。
(2)“还原”中发生反应的离子方程式为________。
(3)“沉钒”是回收钒的关键步骤之一,写出该反应的离子方程式:________。
(4)“铝热反应”的化学方程式为________,用铝热剂法从下列金属氧化物中各冶炼出1mol对应的金属,消耗铝粉质量最多的是________(填字母)。
a.Fe3O4b.Ni2O3c.V2O5d.MnO2(5)电解精炼时,以熔融NaCl、CaCl2和VCl2为电解液(其中VCl2以分子形式存在)。
粗钒应与电源的________(填“正”或“负”)极相连,阴极的电极反应式为________。
(6)为预估“还原”时加入H2C2O4的量,需测定“酸浸”液中VO2+的浓度,每次取25.00mL“酸浸”液于锥形瓶中,以苯代邻氨基苯甲酸为指示剂,用a mol·L−1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液进行滴定(其中VO2+→VO2+),若三次滴定消耗标准液的平均体积为b mL,则VO2+的浓度为________(用含a、b的代数式表示)g·L−1。
2.随着材料科学的发展,金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用.为回收利用含钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣),科研人员最新研制了一种用离子变换法回收钒的新工艺,回收率达到91.7%.部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示:1/ 32物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶难溶难溶易溶该工艺的主要流程如图所示:请问答下列问题:(1)工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法,其化学方程式可表示为______用铝热剂法从下列各金属氧化物中冶炼出各1mol对应的金属,耗铝粉的质量最多的是______(填序号)a.Fe3O4b.Ni2O3c.V2O5d.MnO2(2)反应①的化学方程式为______(3)若反萃取使用硫酸用量过大,进一步处理会增加______(填化学式)的用量,造成成本增大.(4)反应②的化学方程式为:KClO3+6VOSO4+3H2O=3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4,若反应①用的还原剂与反应②用的氧化剂的物质的量之比为12:7,则废钒催化剂中VOSO4和V2O5的物质的量之比为______.(5)该工艺反应③的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关键之一,写出该步发生反应的离子方程式______(6)用已知浓度的酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液,以测定反应②后溶液中的含钒量,已知该反应的还原产物为VO2+,氧化产物为CO2,则该反应的离子方程式为______.(7)钒电池是以溶于一定浓度硫酸溶液中不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、VO2+)为正极和负极反应的活性物质,电极均为铂棒,电池总反应为:VO2++V3++H2O V2++VO2++2H+①放电时的正极反应为______②充电时的阴极反应为______.3.工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下:请回答下列问题:2020届福建高三化学——化学工业流程大题周练(以钒V 为载体)07 3 /32(1)步骤①所得废渣的成分是 (写化学式),操作I 的名称 。
2020届高三化学一轮复习——工业流程图(选择题和综合大题训练)1、钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属,广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。
工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒,其工艺流程图如下:已知:钒有多种价态,其中+5价最稳定。
钒在溶液中主要以VO+2和VO-3的形式存在,且存在平衡VO+2+H2O VO-3+2H+。
下列说法正确的是()A.工业生产中,碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B.可以推测VO2Cl的溶解度大于NH4VO3C.焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时,应加入过量盐酸使其溶解完全D.将磁性产品加入稀硝酸溶解,取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色,则磁性产品中一定不含铁元素答案B2.利用废铁屑(主要成分为Fe,还含有C、S、P等杂质)制取高效净水剂K2FeO4的流程如图所示:下列说法不正确的是()A.废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污B.步骤②是将Fe2+转化为Fe(OH)3C.步骤③中发生反应的离子方程式为:2Fe(OH)3+3ClO-===2FeO2-4+3Cl-+4H++H2OD.步骤④中反应能发生的原因是在相同条件下,K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4答案C3、烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放,实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6-2x]溶液,并用于烟气脱硫研究。
下列说法错误的是()A.滤渣Ⅰ的主要成分为SiO2B.加CaCO3调节溶液的pH至3.6,其目的是中和溶液中的酸,并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6-2xC.调节pH时,若溶液的pH偏高,将会导致溶液中铝元素的含量降低,相应的离子方程式为3CaCO3+2Al3++3H2O===2Al(OH)3+3Ca2++3CO2↑D.上述流程中经完全热分解放出的SO2的量总是小于吸收的SO2的量,其主要原因是溶液中的部分SO2-3被氧化成SO2-4答案C4、以白云石(MgCO3和CaCO3的混合物)为原料制备氢氧化镁的工艺流程如图所示:下列说法正确的是()A.(NH4)2SO4溶液pH<7B.碳酸钙因为不溶解于水,所以不是电解质C.加入氨水时,发生反应的离子方程式为Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓D.“轻烧”白云石的目的是生成CaO和MgO答案A5、(2020年北京西城6月)工业上应用两矿法浸出软锰矿(主要成分MnO2)和方铅矿(主要成分PbS、FeS2),制备PbSO4和Mn3O4,转化流程如下。
2020届高考化学三轮大题强化特训-《工业流程(八)》1.五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业,主要用于冶炼钒铁。
用作冶金添加剂,占五氧化二钒总消耗量的80%以上,其次是用作有机化工的催化剂。
为了增加V2O5的利用率,我们从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下:部分含钒物质在水中的溶解性如表所示,回答下列问题:(1)①中废渣的主要成分是_____________;①中V2O5发生反应的离子方程式为____________________________________________。
(2)②、③中的变化过程可简化为(下式中的R表示VO2+或Fe3+,HA表示有机萃取剂的主要成分。
②中萃取时必须加入适量碱,其原因是_____________________________;实验室进行萃取操作使用的玻璃仪器为___________________________。
(3)实验室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有钒已换算成V2O5)。
取100g该废钒催化剂按工业生产的步骤进行实验,当加入100mL0.1mol·L−1的KClO3溶液时,溶液中的钒恰好被完全处理,假设以后各步钒没有损失,则该实验中钒的回收率是_____________[M(V2O5)=182g·mol−1]。
(4)25℃时,取样进行实验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表所示:试判断在实际生产时,⑤中加入NH4Cl调节溶液的最佳pH为_____________;若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则此时溶液中c(Fe3+)≤_____________(已知:25℃时K sp[Fe(OH)3]=2.6×10−39)。
【答案】(1)SiO2;(2)加入碱,中和H2SO4,使平衡正移;分液漏斗、烧杯(3)91.0%(4)1.7;2.6×10−3mol·L−1【解析】【分析】本题考查工艺流程,难度一般,是高频考点,涉及离子方程式的书写、化学平衡的移动、氧化还原反应的计算、溶度积的计算等,侧重分析能力和计算能力的考查。
2020届届届届届届届届届届届届届届届届届届081.含钒石煤(含有铁、硅、铝、钙、镁等元素的氧化物)中的钒大部分是以V(Ⅲ)和V(Ⅳ)形式存在,由含矾石煤提钒的一种工艺流程如下所示:已知:铜铁试剂能与铜、铁、铝、钛等元素形成不溶于水的配合物。
回答下列问题:(1)含矾石煤预制时加入复合添加剂对钒浸出率的影响如图所示,其中最佳复合添加剂为________,最佳添加比例为________。
(2)下图为“抽滤”实验原理装置图,“抽滤”时抽气泵的作用是________;“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出”的目的是________。
(3)已知酸浸液中V2O24+被H2O2氧化成VO2+,其离子方程式为________。
“净化除杂”时用铜铁试剂除去所含的Al3+、Fe3+等杂质离子而不通过调节酸浸液pH的原因是________。
(4)“沉钒”的离子反应方程式为________。
(5)“煅烧”纯净的沉钒产物过程中,固体残留率与温度变化如图所示。
已知A点坐标为(260℃,85.47%),则A点对应物质的化学式为________,B点对应的物质为V2O5,则B点坐标为()。
【答案】(1)Na2CO3/K2CO3;1:1;(2)抽走装置中的空气,形成负压,加快过滤速率;提高钒浸出率;(3)V2O24++H2O2=2VO2++2H+;若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体,胶体会吸附溶液中的钒酸根离子,造成钒损失;(4)NH4++VO3−=NH4VO3↓;(5)HVO3;400℃,77.78%。
【解析】【分析】本题以石煤提钒的一种工艺流程为情景,综合考查了元素化合物、化学实验、反应原理及化学计算等学科内综合知识,掌握好基础知识,并且学会运用分析题目是解题关键。
【解答】(1)据图可知,Na2CO3/K2CO3作复合添加剂时,钒浸出率最高,添加比例为1:1;故答案为:Na2CO3/K2CO3;1:1;(2)抽滤是利用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低,使过滤速度加快;“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出可提高钒元素的浸出率;故答案为:抽走装置中的空气,形成负压,加快过滤速率;提高钒浸出率;(3)H2O2作氧化剂,O元素被还原为−2价,根据原子守恒、电荷守恒即可书写离子方程式:V2O24++H2O2=2VO2++2H+;若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体,胶体会吸附溶液中的钒酸根离子,造成钒损失;故答案为:V2O24++H2O2=2VO2++2H+;若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体,胶体会吸附溶液中的钒酸根离子,造成钒损失;(4)根据生产流程图可知,“含钒净化液”中的VO3−与铵盐中NH4+结合生成NH4VO3沉淀,离子反应方程式为NH4++VO3−=NH4VO3↓;故答案为:NH4++VO3−=NH4VO3↓;(5)260℃时若分解生成HVO3和NH3则剩余固体质量与初始固体质量的百分比为100×100%≈85.47%,所以A点(260℃)对应物质的化学式为HVO3;B点对应的物质117为V2O5,根据质量变化特点,可以得出剩余固体质量与初始固体质量的百分比为182×1×100%≈77.78%,则B点坐标为(400℃,77.78%)。
工艺流程图选择题1.(广东试验中学2024届高三阶段测试)钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属,广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。
工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒,其工艺流程图如下:已知:钒有多种价态,其中+5价最稳定。
钒在溶液中主要以和的形式存在,且存在平衡VO2++H2O VO3-+2H+。
下列说法正确的是A.工业生产中,碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B.可以推想VO2Cl溶解度大于NH4VO3C.焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时,应加入过量盐酸使其溶解完全D.将磁性产品加入稀硝酸溶解,取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色,则磁性产品中肯定不含铁元素【答案】B【解析】赤泥进行碱浸,氧化铝溶解形成偏铝酸盐,再通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀。
滤渣1系列操作得到V2O5,可知滤渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物,进行还原、磁选,磁性产品中含有Fe等,非磁性产品含有V元素,在空气中焙烧后用盐酸溶解,钒在溶液中主要以VO2+和VO3﹣的形式存在,再加入氯化铵转化为NH4VO3,焙烧得到V2O5,由溶液中存在平衡VO2++H2O VO3-+2H+,盐酸过量会抑制的生成NH4VO3,盐酸溶解时不宜过量。
氧化铝不溶于弱碱,氨水不能溶解氧化铝,故A错误;B.用盐酸溶液后的溶液中含有VO2+和VO3﹣、Cl﹣,加入氯化铵生成NH4VO3沉淀,反应向生成更难溶的物质进行,可以推想VO2Cl溶解度大于NH4VO3,故B正确;C.溶液中存在平衡VO2++H2O VO3-+2H+,盐酸过量平衡逆向移动,会抑制的生成NH4VO3,所以不能加入过量的盐酸,故C错误;D.磁性产品中有铁的单质存在,若加入的硝酸不足,Fe元素被硝酸氧化可能生成亚铁离子,亚铁离子遇KSCN溶液无明显现象,故D错误;故选B。
2.(湖南省衡阳市第八中学2024届高三月考)用适当浓度的盐酸、NaCl溶液、氨水、铁粉和葡萄糖溶液可依据如图方法从某含有Cu2+、Ag+的溶液中回收Cu和Ag(图中标注的试剂和物质均不同)。
高三化学一轮复习——化学工艺流程题1. 金属钒被誉为“合金的维生素”。
从废钒(主要成分为V 2O 5、Fe 2O 3、SiO 2等)中回收V 2O 5的一种工艺流程如下图所示:已知:步骤②、③中的转化过程可简化为:R n +(水层)+n HA(有机层)RA n (有机层)+n H +(水层)(式中R n +表示VO 2+或Fe 3+,HA 表示有机萃取剂)回答下列问题:(1)步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应的化学方程式为_________________________________________________________,滤渣的成分为_________________________________________________________。
(2)萃取时应加入适量碱的作用是__________________________________。
(3)步骤④中反应的离子方程式为________________________________。
(4)沉钒所得NH 4VO 3为离子化合物,NH +4的电子式为________________。
(5)V 2O 5是两性氧化物,在强酸性溶液中以VO +2形式存在,VO +2具有强氧化性,能将I -氧化为I 2,本身被还原为VO +,则V 2O 5与氢碘酸反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________________。
(6)为提高钒的回收率,步骤②和③需多次进行,假设酸浸所得“强酸性浸出液”中c (VO 2+)=a mol·L -1,步骤②和③每进行一次,VO 2+萃取率为80%,4次操作后,“强酸性浸出液中”c (VO 2+)=________mol·L -1。
大题化工流程综合题类型一以物质制备为目的1(2024·广西·统考模拟预测)层状结构MoS2薄膜能用于制作电极材料。
MoS2薄膜由辉钼矿(主要含MoS2及少量FeO、SiO2)制得MoO3后再与S经气相反应并沉积得到,其流程如下。
回答下列问题:(1)“焙烧”产生的SO2用NaOH溶液吸收生成NaHSO3的离子方程式为。
(2)“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵NH42Mo2O7溶液,为提高“浸取”速率,可采用的措施是(举一例)。
(3)“灼烧”过程中需回收利用的气体是(填化学式)。
(4)在650℃下“气相沉积”生成MoS2的反应需在特定气流中进行,选用Ar而不选用H2形成该气流的原因是。
(5)层状MoS2晶体与石墨晶体结构类似,层状MoS2的晶体类型为。
将Li+嵌入层状MoS2充电后得到的Li x MoS2可作电池负极,该负极放电时的电极反应式为。
结合原子结构分析,Li+能嵌入MoS2层间可能的原因是。
【答案】(1)SO2+OH-=HSO-3(2)将固体粉碎(3)NH3(4)H2和S在加热条件下发生生成H2S(5)混合型晶体Li x MoS2-xe-=MoS2+xLi+Li+为Li失去一个电子形成,原子半径小【解析】MoS2薄膜由辉钼矿(主要含MoS2及少量FeO、SiO2)制得MoO3后再与S经气相反应并沉积得到,辉钼矿焙烧后使用氨水浸取得到NH42Mo2O7,结晶后灼烧得到MoO3,最后与S经气相反应并沉积得到MoS2,据此分析解题。
(1)SO2用NaOH溶液吸收,生成NaHSO3,离子方程式为SO2+OH-=HSO-3,故答案为SO2+OH-=HSO-3。
(2)“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵NH42Mo2O7溶液,可将固体粉碎,提高“浸取”速率,故答案为将固体粉碎。
(3)NH42Mo2O7为铵盐,“灼烧”过程产生NH3,可回收利用,故答案为NH3。
(4)H2和S在加热条件下发生生成H2S,所以用Ar而不选用H2,故答案为H2和S在加热条件下发生生成H2S。
题专训练10 化工流程1. 锑(Sb)及其化合物在工业上有很多用途。
以辉锑矿(主要成分为Sb2S3,还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备金属锑的工艺流程如图所示:已知:①浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等;②常温下:K sp(CuS)=1.27×10-36,K sp(PbS)=9.04×10-29;③溶液中离子浓度小于等于1.0×10-5mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。
(1)滤渣1中除了S之外,还有___________(填化学式)。
(2)“浸出”时,Sb2S3发生反应的化学方程式为_______________。
(3)“还原”时,被Sb还原的物质为___________(填化学式)。
(4)常温下,“除铜、铅”时,Cu2+和Pb2+均沉淀完全,此时溶液中的c(S2-)不低于_________;所加Na2S 也不宜过多,其缘由为_____________________________。
(5)“电解”时,被氧化的Sb元素与被还原的Sb元素的质量之比为_________。
(6)一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池工作原理如图所示:该电池由于密度的不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成不变。
充电时,Cl-向_____(填“上”或“下”)移动;放电时,正极的电极反应式为_________。
【答案】 (1). SiO2 (2). Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S (3). SbCl5(4). 9.04×10-24 mol·L-1 (5). 产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3 (6). 3︰2 (7). 下 (8). Mg -2e-=Mg2+【解析】(1)二氧化硅与盐酸不反应;正确答案:SiO2;(2)依据题给信息,Sb2S3与SbCl5反应生成单质硫,浸出液中含有SbCl3;因此反应产生SbCl3和S;正确答案:Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S;(3)SbCl5中+价Sb 被还原到+3价;正确答案:SbCl5;(4)由K sp(CuS)=1.27×10-36,K sp(PbS)=9.04×10-29可知,K sp(PbS)较大,在保证PbS沉淀的前提下,CuS已经沉淀;所以:K sp(PbS)=9.04×10-29=c(Pb2+)c(S2-)=1.0×10-5×c(S2-);解出c(S2-)=9.04×10-24 mol/L;正确答案:9.04×10-24;加入过多的Na2S,硫离子与Sb3+形成Sb2S3或者硫离子与氢离子结合成硫化氢气体等;正确答案:产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3;(5)+3价Sb被氧化到+5价,还原到0价;依据电子得失守恒规律:被氧化的Sb与被还原的Sb的量之比为3:2;正确答案:3:2;(6)依据电流方向可知:镁-锑液态金属极为正极,液镁为负极;放电时,氯离子向负极移动,充电时,氯离子向阳极移动,向镁-锑液态金属极方向移动;放电时溶液中的镁离子得电子变为金属镁;正极反应:Mg2++2e-=Mg;正确答案:下;Mg2++2e-=Mg。
专项训练与金属钒有关的化工流程题1.钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法生产硫酸中使用的催化剂(主要成分V2O5、V2O4)。
利用废催化剂回收制备V2O5的工艺流程如下:已知:20 ℃时,NH4VO3的K sp=1.68×10-2回答下列问题:(1)步骤①为提高浸取效率采取方法有________(任写两条)。
(2)步骤②中反应的氧化剂是______________________。
(3)步骤③中Cl被还原为Cl-,该反应的离子方程式为_________________。
(4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如图,为提高交换效率应控制的pH范围是_____________________________________________________________。
(5)步骤⑤所发生反应的离子方程式为 _____________________________。
若母液中N的浓度为1.0 mol·L-1,则c(V)=____________________。
(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为电极反应的活性物质。
一种全钒电池原理如图,放电时H+从右向左移动。
写出充电时阳极的电极反应式 _____________________________________,当转移0.1 mol电子时,转移H+的物质的量为____mol。
【解析】(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率,因此,可采用增大接触面积(粉碎废催化剂)、升高浸取温度或搅拌等手段;(2)步骤②中的反应方程式为2V2O5+2Na2SO44NaVO3+2SO2↑+O2↑,根据化合价变化判断只有S:+6→+4,化合价降低,发生了还原反应,O:-2→0化合价升高,发生了氧化反应,所以氧化剂为Na2SO4;(3)分析参与氧化还原反应的离子,根据电子转移守恒配平,考虑反应条件为碱性环境,反应前加OH-,反应后生成水。
即为6VO2++Cl+18OH-6V+Cl-+9H2O。
(4)从图中可知pH为6~8时交换效率最高;(5)由NaVO3经沉钒得生成物NH4VO3知,此反应的离子反应方程式:N+V NH4VO3↓,已知:20 ℃时,NH4VO3的K sp=1.68×10-2,N的浓度为1.0 mol·L-1,代入溶度积常数的表达式c(N)·c(V)=1.68×10-2,所以c(V)=1.68×10-2 mol·L-1;(6)放电时H+从右向左移动,则充电时H+从左向右移动,表明电解池(充电时)的阳极为左泵、阴极为右泵,所以阳极反应为VO2++H2O-e-V+2H+。
当外电路转移0.1 mol电子时,可知溶液中必转移0.1 mol H+。
在阳极有0.1 mol VOSO4变为了0.05 mol (VO2)2SO4+0.05 mol S,产生的0.2 mol H+将有0.1 mol匹配S,0.1 mol移向右泵(阴极)。
答案:(1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌(任写两条)(2)Na2SO4(3)6VO2++Cl+18OH-6V+Cl-+9H2O(4)6~8(5)N+V NH4VO3↓1.68×10-2 mol·L-1(6)VO2++H2O-e-V+2H+0.12.(2020·天津河东区模拟)钒被誉为“现代工业的味精”,是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料,其氧化物二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料,五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。
下列某化学小组从废钒催化剂(V2O5、V2O4、K2SO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等)中回收V2O5并且利用回收的V2O5制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体已知:①“酸浸”时V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+;②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取V要强。
回答下列问题:(1)写出“废渣1”的主要成分的用途____(填两条)。
(2)“萃取”之前加入H2C2O4的主要目的是______________。
(3)“氧化”过程中发生的离子方程式是__________________。
(4)该工艺中加入氯化铵“沉钒”是回收钒的关键之一,加入氯化铵、氨水之后的操作是_______________________________________________________,该流程用到了过滤操作,过滤和萃取分液都需用到的一种玻璃仪器是____。
(5)工艺中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为____;也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液,该方法的化学方程式是 ___________________________________________。
【解析】根据工艺流程图分析,废钒催化剂在H2SO4酸浸下,V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+,Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+和Al3+,废渣1为SiO2,萃取前加入H2C2O4,将V还原为VO2+,再用KClO3氧化,将VO2+还原为V,反应方程式为3H2O+6VO2++Cl Cl-+6V+6H+,通过加入NH4Cl和氨水沉钒,煅烧得到V2O5,再加入6 mol·L-1的盐酸和N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl4VOCl2+N2↑+6H2O,VOCl2与NH4HCO3反应得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体。
(1)根据上述分析,废渣1主要成分为SiO2,其用途有制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等;(2)萃取前加入H2C2O4,目的是将V还原为VO2+,加强萃取效果;(3)加入KClO3氧化,将VO2+氧化为V,离子方程式为3H2O+6VO2++Cl Cl-+6V+6H+;(4)加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5,由③可知20~25 ℃时K2SO4溶解度最大,便于除去,故得到NH4VO5晶体的操作为蒸发至23 ℃(20~25 ℃均可)结晶,趁热过滤,过滤和萃取分液都需要用到的玻璃仪器为烧杯;(5)N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl4VOCl2+N2↑+6H2O,氧化产物为N2,还原产物为VOCl2,物质的量之比为化学计量数之比,则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶4,只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液时,反应方程式为6HCl(浓)+V2O52VOCl2+Cl2↑+3H2O。
答案:(1)制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等(填两条,合理即可)(2)将V还原为VO2+,利于后期萃取(3)3H2O+6VO2++Cl Cl-+6V+6H+(4)蒸发至23 ℃(20~25 ℃均可)结晶,趁热过滤烧杯(5)1∶46HCl(浓)+V2O52VOCl2+Cl2↑+3H2O3.(2020·南昌模拟)五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。
可从含钒石煤灰渣中提钒,该试验工艺流程如图:表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2O3MgO K2O CaO 烧失量1.26 55.71 6.34 7.54 1.26 3.19 1.41 20.55表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)V2O3Al2O3Fe2O3MgO K2O5.92 1.70 18.63 2.11 3.38已知:①石煤灰渣的化学成分分析见表1,中间盐的主要成分分析见表2。
②矿物焙烧过程中,若温度过高,易发生烧结,温度越高,烧结现象越严重。
③萃取反应可以表示为VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+,(o)表示有机相④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强。
请回答:(1)提高浸取率的方法有__________________________________________,残渣的主要成分为_______________________________________________。
(2)经几级萃取后,有时候要适当加酸调整pH,结合萃取反应方程式,说明原因__________________________________________________________________。
反萃取操作应加入______。
(3)中间盐溶解过程中,加铁粉的主要目的是______________________。
(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ)。
图1和图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响,由图2可得最佳焙烧时间为______h,由图1可得最佳焙烧温度为800~850 ℃,焙烧温度在850 ℃以下时,钒浸出率随焙烧温度的升高几乎直线上升的原因是 _____________________________,当焙烧温度超过850 ℃以后,再提高温度,浸出率反而下降的可能原因是。
(5)反萃取液中的VO2+,加入氯酸钠后被氧化为V,请写出该反应的离子方程式 ____________________________________________。
然后用氨水调节pH到1.9~ 2.2沉钒,得多钒酸铵沉淀[化学式为(NH4)2V12O31·n H2O],再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,请写出此步反应的化学方程式 ______________________。
【解析】(1)加热,提高酸的浓度,粉碎等均可提高浸取率;加硫酸酸浸后,二氧化硅会沉淀出来,则残渣的主要成分为SiO2;(2)萃取反应根据VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+可知,随着萃取过程的进行,水相中的氢离子浓度不断增大,pH有所下降,所以经几级萃取后需要调整pH,反萃取时,可加入适量硫酸溶液,使平衡向逆向移动,达到反萃取的目的;(3)由已知信息④可知,有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强,所以在中间盐溶液过程中,加入还原剂铁粉,可将V还原为VO2+,提高原料利用率,便于后续萃取操作;(4)图2可得浸出率随着焙烧时间呈增大趋势,其最佳焙烧时间在1.5~ 2.0 h均可;浸取率随温度的变化曲线如图1,其原因是850 ℃以前,随着焙烧温度的升高,反应速率加快,生成的高价钒化合物更多,因此浸出率上升;850 ℃以后,样品发生烧结,温度越高,烧结现象越严重,从而使钒的浸出率下降;(5)(NH4)2V12O31·n H2O再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,同时会有氨气与水生成,其化学方程式为(NH4)2V12O31·n H2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O。