Question

隨著材料科學的發展，金屬釩及其化合物得到了越來越廣泛的應用，并被譽為“合金的維生素”．為回收利用含釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，回收率達91.7%以上．
部分含釩物質在水中的溶解性如下表所示：

物質	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

請回答下列問題：
（1）請寫出加入Na₂SO₃溶液發生反應的離子方程式

V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O

．
（2）催化氧化所使用的催化劑釩觸媒（V₂O₅）能加快二氧化硫氧化速率，此過程中產生了一連串的中間體（如下左圖）．其中a、c二步的化學方程式可表示為

SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄

，

4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃

．
（3）該工藝中沉礬率是回收釩的關鍵之一，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．
根據圖試建議控制氯化銨系數和溫度：

4

、

80℃

．

（4）經過熱重分析測得：NH₄VO₃在焙燒過程中，固體質量的減少值（縱坐標）隨溫度變化的曲線如右圖所示．則NH₄VO₃在分解過程中

B

．
A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃
B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同時分解失去H₂O和NH₃
D．同時分解失去H₂、N₂和H₂O．

Answer 1

分析：（1）亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子．
（2）根據催化劑參與反應過程生成的中間產物，分析催化劑參與反應，最終重新生成來書寫化學方程式；
（3）根據圖1分析坐標系中的表示含義，結合圖②中的沉礬率在80度C時最大，約為98%，在圖①中找到對應沉礬率98%下的控制氯化銨系數為4；
（4）根據NH₄VO₃在焙燒變化的圖象中固體質量分數結合方程式分析．

解答：解：（1）亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）依據圖中的轉化關系，V₂O₅參與反應先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為圖中產物V₂O₄，根據氧化還原反應的實質寫出并配平a步化學方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉化為SO₃，此過程需要重新生成催化劑V₂O₅，需要氧化劑完成，此過程中的氧化劑為氧氣，根據化合價的變化寫出C步化學方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃，故答案為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄、4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（3）根據圖示分析數據，80℃時沉礬率最高為98%，再升高溫度時其沉釩率反而降低，從氯化銨系數知，氯化銨系數越大沉釩率越大，但系數為5比為4稍微大些，且氯化銨系數越大需要的氯化銨越多，從經濟角度分析不合適，所以加NH₄Cl的系數最好為4，
故答案為：4和80℃；
（4）根據NH₄VO₃在焙燒變化的圖象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g          34g  18g
210℃時，固體質量減少值為1-85.47%=14.54%，380℃時，根據質量減少值為85.47-77.78%=7.69%，
根據方程式知，生成水時固體質量減少分數小于生成氨氣時，所以210℃時減少的是氨氣，380℃時減少的是水，則該反應過程中先失去氨氣后失去水，故選B．

點評：本題考查了制備實驗方案的設計，涉及到氧化還原反應、圖象分析等知識點，注意催化劑實際上參加反應，難點是（4）題中圖象分析，難度中等．