Question

【題目】釩觸媒(V2O5)是催化氧化所常用的催化劑，為綜合利用，科研人員最新研制了一種離子交換法回收廢釩的新工藝，回收率達90%以上。已知廢釩催化劑中含有V2O5、VOSO4及不溶性殘渣。查閱資料可知：VOSO4可溶于水，V2O5難溶于水，NH4VO3難溶于水。該工藝的流程如下圖。

（1）水浸時，為了提高廢釩的浸出率，除了粉碎，還可以采取的措施：___________________________________，__________________________________（寫出2條）；

（2）寫出反應①的離子方程式_______________________________________________；

（3）該工藝中反應③的沉礬率是回收釩的關鍵，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數（NH4Cl加入質量與料液中V2O5的質量比）和溫度。根據下圖建議最合適的氯化銨系數和溫度：氯化銨系數為___________，溫度為_____________；

（4）反應②發生后，溶液中的氯元素以Cl－的形式存在，請寫出反應②的化學方程式__________________________________________________________________；

（5）查閱資料得知：NH4VO3也叫偏釩酸銨，其相對分子量為117，20℃時，NH4VO3溶解度為0.468g，已知離子交換后溶液中c（VO3－）=0.10mol/L，反應③沉礬時，加入等體積0.10mol/L的NH4Cl溶液，通過列式計算判斷此時是否有NH4VO3沉淀析出？（溶液體積變化忽略不計）____________

（6）寫出“焙燒反應④”中由NH4VO3制備V2O5的化學方程式__________________。

Answer 1

【答案】 攪拌 適當升高溫度，延長浸泡時間 V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O 4 80℃ 6VOSO4+KClO3+3H2O=3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4 在20℃時NH4VO3的飽和溶液中，c(NH4+)=c(VO3-)=0.468×10/117=0.04mol/L，Ksp=1.60×10-3 ,又c(NH4+)×c(VO3-)=(0.10/2)×(0.10/2)=2.50×10-3>Ksp=1.60×10-3 ,故有沉淀析出 2NH4VO3 2NH3+V2O5+H2O

【解析】(1) 水浸時，為了提高廢釩的浸出率，除了粉碎，還可以采取的措施攪拌、適當升高溫度、延長浸泡時間等措施；

(2) 依題意，反應①中V2O5作氧化劑，SO32-作還原劑，反應的離子方程式為V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；

(3)根據圖象分析可得，要使沉釩率最高，可控制氯化銨系數為4，溫度在80℃；

(4) 廢釩中可溶性物質為VOSO4，所以反應②的化學方程式為6VOSO4+KClO3+ 3H2O= 3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4 ；

(5) 根據溶解度的定義可得，在20℃時NH4VO3的飽和溶液中，c(NH4+)=c(VO3-)= 0.04mol/L，則Ksp(NH4VO3)= (0.04mol/L)2=1.60×10-3 mol2/L2，而此時溶液中KQ=c(NH4+)×c(VO3-)=(0.10/2)×(0.10/2)=2.50×10-3 >Ksp(NH4VO3)=1.60×10-3，故有沉淀析出；

(6) “焙燒反應④”中由NH4VO3制備V2O5的化學方程式為2NH4VO3 2NH3+ V2O5+ H2O。