Question

【題目】釩是一種熔點高、硬度大、無磁性的金屬，廣泛應用于鋼鐵、航空航天、能源、化工等領域。目前工業上使用一種新工藝，以便從冶煉鋁的固體廢料一赤泥中提取金屬釩，赤泥主要含有Fe2O3、Al2O3、V2O5和CuO，具體工藝流程圖如下:

已知:釩有多種價態，其中+5價最穩定。釩在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，且存在平衡VO2++H2OVO3-+2H+。回答下列問題:

(1)磁性產品的化學式為_________________________。

(2)赤泥加入NaOH溶液，發生的離子反應方程式為___________________。能否用氨水代替NaOH溶液，___________(填“能”或“不能”)，理由是___________________________________________。

(3)濾液1生成沉淀的離子反應方程式為_________________________________________。

(4)調至pH=8的目的有兩個，一是___________________，二是使VO2+轉化為VO3-，此時溶液中VO2+和VO3-的物質的量之比為a:b，VO2++H2OVO3-+2H+的平衡常數K=____________________。

(5)濾液2加氯化銨生成NH4VO3的離子方程式為__________________________，該反應能發生是因為__________________________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4 Al2O3+2OH==2A1O2+H2O 不能 Al2O3不溶于氨水 AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3- 除去銅離子(其他等案合理均得分) (b×10-16)/a VO3+NH4+=NH4VO3↓ NH4VO3難溶

【解析】(1)四氧化三鐵具有鐵磁性，化學式為Fe3O4 ；正確答案：Fe3O4。

(2)從樣品中分析可知，赤泥主要含有Fe2O3、Al2O3、V2O5和CuO，其中能與強堿溶液反應的只有氧化鋁，反應生成偏鋁酸鈉和水，離子反應方程式為：Al2O3+2OH-=2A1O-2+H2O；氧化鋁只能與強酸、強堿反應，不與弱堿反應；所以不能用氨水代替NaOH溶液；正確答案：Al2O3+2OH==2A1O2+H2O ； 不能 ；Al2O3不溶于氨水。

(3) 濾液1為偏鋁酸鈉溶液，通入足量的二氧化碳后生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，離子反應方程式為：AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3-；正確答案：AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3-。

(4) 赤泥主要含有Fe2O3、Al2O3、V2O5和CuO，加入堿溶解后，氧化鋁變為偏鋁酸鹽進入溶液6中，氧化鐵被還原為鐵而除去，氧化銅還原為銅經過處理后變為硫酸銅溶液，調至溶液的pH=8，使溶液中的銅離子變為沉淀而除去；根據平衡VO2++H2OVO3-+2H+，溶液變為堿性后，中和了氫離子，平衡右移，使VO2+轉化為VO3-，溶液的pH=8，c(OH-)=10-6mol/L, c(H+)=10-8 mol/L, 此時溶液中VO2+和VO3-的物質的量之比為a:b K=c(H+)2×c(VO3-)/ c( VO2+)=10-16×b/a；所以VO2++H2OVO3-+2H+的平衡常數K=(b×10-16)/a ；正確答案：(b×10-16)/a 。

(5)濾液2中含有VO-3，加氯化銨反應生成溶解度小的NH4VO3，離子方程式為VO-3+NH4+=NH4VO3↓；該反應能發生是因為NH4VO3難溶；正確答案：VO-3+NH4+=NH4VO3↓；NH4VO3難溶。