Question

4．用离子交换法从废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣）中回收钒工艺的主要流程如图1：

部分含钒物质在水中的溶解性如表：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

回答下列问题：
（1）滤液中含钒的主要成分为VOSO₄ （填化学式）．
（2）反应①的离子方程式为V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺═VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O
（3）反应②中1mo1KClO₃参加反应，电子转移的数目为6mol
（4）反应③的离子方程为NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，该反应沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制温度．根据图2判断最佳温度为80℃
（5）工业由V₂O₅，冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的化学方程为3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．

Answer 1

分析 （1）根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分；
（2）由题意和流程图可知反应①的目的，将V₂O₅ 转化为可溶性的VOSO₄，便于分离提纯；
（3）KClO₃为氧化剂，可被还原生成氯离子；
（4）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，铵根离子和VO₃^-反应生成难溶性的NH₄VO₃；
（5）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝．

解答 解：（1）废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣，由于V₂O₅为难溶物，所以滤液中含钒的主要成分为VOSO₄，
故答案为：VOSO₄ ；
（2）反应①的目的是把难溶的五氧化二钒还原为溶于水的VOSO₄，该反应的离子方程式为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺═VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺═VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）KClO₃为氧化剂，化合价由+5价降低到-1价，则1mo1KClO₃参加反应，电子转移的数目为6mol，故答案为：6mol；
（4）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，铵根离子和VO₃^-反应生成难溶性的NH₄VO₃，根据NH₄VO₃难溶于水，利用复分解反应沉淀VO₃^-，离子方程式为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，根据图2判断最佳温度为沉淀率最高的，应为80℃．
故答案为：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；80℃；
（5）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，故答案为：3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．

点评 本题考查了金属的回收与资源保护、铝热反应原理等知识，为高频考点，侧重于学生的分析、实验能力的考查，题目难度中等，正确分析、理解工业流程是解题关键，注意明确铝热反应原理．