Question

5．以硅藻土为载体的五氧化二钒（V₂O₅）是接触法生产硫酸的催化剂．从废钒催化剂中回收V₂O₅既避免污染环境
又有利于资源综合利用．废钒催化剂的主要成分为：

物质	V2O5	V2O4	K2SO4	SiO2	Fe2O3	Al2O3
质量分数/%	2.2～2.9	2.8～3.1	22～28	60～65	1～2	＜1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：
（1）“酸浸”时V₂O₅转化为VO₂⁺，反应的离子方程式为V₂O₅+2H⁺=2VO₂⁺+H₂O，同时V₂O₄转成VO²⁺．“废渣1”的主要成分是SiO₂．
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO²⁺变为VO₂⁺，则需要氧化剂KClO₃至少为0.5mol．
（3）“中和”作用之一是使钒以V₄O₁₂^4-形式存在于溶液中．“废渣2”中含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V₄O₁₂^4-$?_{洗脱}^{离子交换}$R₄V₄O₁₂+4OH^-（以ROH为强碱性阴离子交换树脂）．为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈碱性（填“酸”“碱”“中”）．
（5）“流出液”中阳离子最多的是K⁺．
（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH₄VO₃）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O↑+2NH₃↑．

Answer 1

分析 从废钒催化剂中回收V₂O₅，由流程可知，“酸浸”时V₂O₅转化为VO₂⁺，V₂O₄转成VO²⁺．氧化铁、氧化铝均转化为金属阳离子，只有SiO₂不溶，则过滤得到的滤渣1为SiO₂，然后加氧化剂KClO₃，将VO²⁺变为VO₂⁺，再加KOH时，铁离子、铝离子转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，同时中和硫酸，过滤得到的滤渣2为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V₄O₁₂^4-$?_{洗脱}^{离子交换}$R₄V₄O₁₂+4OH^-，由ROH为强碱性阴离子交换树脂可知，碱性条件下利用反应逆向移动，流出液中主要为硫酸钾，“沉钒”得到偏钒酸铵（NH₄VO₃）沉淀，“煅烧”时分解生成V₂O₅，以此来解答．

解答 解：从废钒催化剂中回收V₂O₅，由流程可知，“酸浸”时V₂O₅转化为VO₂⁺，V₂O₄转成VO²⁺．氧化铁、氧化铝均转化为金属阳离子，只有SiO₂不溶，则过滤得到的滤渣1为SiO₂，然后加氧化剂KClO₃，将VO²⁺变为VO₂⁺，再加KOH时，铁离子、铝离子转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，同时中和硫酸，过滤得到的滤渣2为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V₄O₁₂^4-$?_{洗脱}^{离子交换}$R₄V₄O₁₂+4OH^-，由ROH为强碱性阴离子交换树脂可知，碱性条件下利用反应正向移动，流出液中主要为硫酸钾，“沉钒”得到偏钒酸铵（NH₄VO₃）沉淀，“煅烧”时分解生成V₂O₅，
（1）“酸浸”时V₂O₅转化为VO₂⁺，反应的离子方程式为V₂O₅+2H⁺=2VO₂⁺+H₂O，由上述分析可知滤渣1为SiO₂，
故答案为：V₂O₅+2H⁺=2VO₂⁺+H₂O；SiO₂；
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO²⁺变为VO₂⁺，由电子守恒可知，则需要氧化剂KClO₃至少为$\frac{3mol×（5-4）}{[5-（-1）]}$=0.5mol，
故答案为：0.5；
（3）由上述流出分析可知滤渣2为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）利用强碱性阴离子交换树脂可“离子交换”和“洗脱”，则应选择碱性条件下使用，且OH^-浓度大反应逆向移动提高洗脱效率，故答案为：碱；
（5）由上述分析可知，流出液中主要为硫酸钾，则“流出液”中阳离子最多的是K⁺，故答案为：K⁺；
（6）“煅烧”中发生反应的化学方程式为2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O↑+2NH₃↑，故答案为：2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O↑+2NH₃↑．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物与实验相结合的训练，综合性较强，题目难度中等．