Question

【题目】钒“现代工业的味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料,其氧化物二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料，五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂.下列某化学小组从废钒催化剂（V2O5、V2O4、K2SO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等）中回收V2O5并且利用回收的V2O5制备VO2的氧钒(Ⅳ) 碱式碳酸铵晶体

已知：①“酸浸”时V2O5转化为VO2+,V2O4转成VO2+

②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取VO2+要强。

③

回答下列问题：

(1)写出“废渣1”的主要成分的用途________(填两条)。

(2)“萃取”之前加入H2C2O4的主要目的_____________________。

(3)“氧化”过程中发生的离子方程式___________________________。

(4)该工艺中加入氯化铵“沉钒”是回收钒的关键之一，加入氯化铵、氨水之后的操作是____________，该流程用到了过滤操作，过滤和萃取分液都需用到的一种玻璃仪器是__________。

(5)工艺中生成VOC12的同时生成一种无色无污染的气体，该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为___________；也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOC12 溶液，该方法的化学方程式是________________。

Answer 1

【答案】制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等 将VO2+还原为VO2+，利于后期萃取 3H2O+6VO2++ClO3- = Cl-+6VO2++6H+ 蒸发至23℃（20-25℃均可）结晶，趁热过滤 烧杯 1:4 6HCl(浓)+V2O5 = 2VOC12 +Cl2↑+3H2O

【解析】

根据工艺流程图分析，废钒催化剂在H2SO4酸浸下，V2O5转化为VO2+,V2O4转成VO2+，Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+和Al3+，废渣1为SiO2，萃取前加入H2C2O4，将VO2+还原为VO2+，再用KClO3氧化，将VO2+还原为VO2+， 反应方程式为3H2O+6VO2++ClO3- === Cl-+6VO2++6H+，通过加入NH4Cl和氨水沉钒，煅烧得到V2O5，再加入6mol/L的盐酸和N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2，反应方程式为：6HCl+V2O5+N2H4·2HCl=== 4VOC12 +N2↑+6H2O，VOCl2与NH4HCO3反应得到氧钒(Ⅳ) 碱式碳酸铵晶体，据此结合题中信息逐题解答问题。

(1)根据上述分析，废渣1主要成分为SiO2，其用途有制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等，故答案为：制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等；

(2) 萃取前加入H2C2O4，目的是将VO2+还原为VO2+，加强萃取效果，故答案为：将VO2+还原为VO2+；

(3) 加入KClO3氧化，将VO2+氧化为VO2+， 反应方程式为3H2O+6VO2++ClO3- === Cl-+6VO2++6H+，故答案为：3H2O+6VO2++ClO3- === Cl-+6VO2++6H+；

(4) 加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5，由③可知20~25℃时K2SO4溶解度最大，便于除去，故得到NH4VO5晶体的操作为蒸发至23℃（20-25℃均可）结晶，趁热过滤，过滤和萃取分液都需要用到的玻璃仪器为烧杯，故答案为：蒸发至23℃（20-25℃均可）结晶，趁热过滤；烧杯；

(5) N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2，反应方程式为：6HCl+V2O5+N2H4·2HCl=== 4VOC12 +N2↑+6H2O，氧化产物为N2，还原产物为VOC12，物质的量之比为化学计量数之比，则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:4，只用浓盐酸与V2O5来制备VOC12 溶液时，反应方程式为：6HCl(浓)+V2O5 = 2VOC12 +Cl2↑+3H2O，故答案为：1:4；6HCl(浓)+V2O5 = 2VOC12 +Cl2↑+3H2O。