Question

废钒催化剂的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂和Fe₂O₃等，现欲利用以下工艺流程回收V₂O₅。

回答下列问题：
（1） VOSO₄中，V元素的化合价为_______，①中产生的废渣的主要成分是_________。
（2）配平④中反应的离子方程式：

（3）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表：

试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为______________。
（4）生产时，将②中的酸性萃余液循环用于①中的水浸。在整个工艺流程中，可循环利用的物质还有________________。
（5）成品V₂O₅可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：______________________________________。

Answer 1

（1）＋4；SiO₂（2）1；6；6；6；1；3（3）1.7（4）有机萃取剂、氨水（或氨气）
（5）10Al+3V₂O₅6V+5Al₂O₃

解析试题分析：（1）VOSO₄中离子SO₄^2-为-2价，O^2-为-2价，根据化合价守恒，故V元素为+4价；废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反应，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅（2）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平，反应物中ClO₃^-中Cl元素是+5价，VO²⁺中V元素是+4价，产物中Cl^-是-1价，VO³⁺是+5价，依据电子守恒、原子守恒配平得到离子方程式为：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，故答案为：1；6；6；6；1；3（3）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7，此时钒沉淀率达到最大（4）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，或重复利用的物质可以循环利用，流程中有机萃取剂、氨气可以循环利用，故答案为：有机萃取剂；氨气（5）铝热反应是金属铝在高温环境下对金属氧化物进行还原产生金属单质的反应，则反应物为V₂O₅和Al产物为Al₂O₃与V，根据反应中化合价守恒，故反应方程式：10Al+3V₂O₅6V+5Al₂O₃
考点：氧化还原反应方程式的配平；难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质；硅和二氧化硅；常见金属元素的单质及其化合物的综合应用；物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用