Question

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

已知：VO+H2OVO+2H+

(1)“焙燒”時，V2O3轉化為NaVO3的化學方程式是___。

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

(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，溫度高于80℃，沉釩率下降，其可能原因是___。

(4)在“煅燒”過程中，固體殘留率(剩余固體質量/原始固體質量x100%)隨溫度變化的曲線如圖2所示。NH4VO3分解過程中，先后失去的物質分別是___、___。(填化學式)

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

Answer 1

【答案】V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2 H2SiO3 Al(OH)3 使VO+H2OVO+2H+平衡正向移動，VO更多的轉化為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轉化為NaVO3同時鐵元素被氧化、SiO2轉化為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；之后調節溶液pH值使Fe3+、Al3+轉化為沉淀，濾渣2主要為Fe(OH)3、Al(OH)3，同時pH增大使VO+H2OVO+2H+平衡正向移動；之后加入硫酸銨得到NH4VO3沉淀，過濾煅燒沉淀得到V2O5。

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

(2)濾渣1為不溶于稀硫酸的H2SiO3；根據分析可知調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，VO更多的轉化為VO；

(3)沉釩過程發生復分解反應，離子方程式為NH+VO=NH4VO3↓；銨根在水溶液中會發生水解，水解為吸熱反應，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；同時溫度升高NH4VO3溶解度增大；且銨鹽不穩定，溫度升高銨鹽分解；

(4)根據銨鹽的性質，NH4VO3分解產生氨氣和HVO3，根據題意可知HVO3又分解產生V2O5；假設初始NH4VO3的質量為117g，物質的量為1mol，根據元素守恒可知分解過程中會產生1molNH3和0.5molH2O；A點減少的質量為117g×(1-85.47%)=17g，剛好是1molNH4VO3中的NH3，所以起點到A點失去的物質是NH3；A點到B點減少的質量為117g×(85.47%-77.78%)=9g，剛好是0.5molH2O的質量，所以A到B失去的是H2O；

(5)充電時陽極失電子發生氧化反應，根據電池總反應可知，陽極的電極反應式為VO2++H2O-e-=VO+2H+。