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15.为回收利用废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣),科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺,主要流程如图1:

部分含钒物质在水中的溶解性如表:
物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO22SO4
溶解性可溶难溶难溶易溶
回答下列问题:
(1)工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法,该反应的氧化剂为3V2O5+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al2O3
(2)滤液中含钒的主要成分为VOSO4(填化学式).
(3)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,该步反应的离子方程式NH4++VO3-=NH4VO3↓;沉钒率的高低除受溶液pH影响外,还需要控制氯化铵系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度.根据图2判断最佳控制氯化铵系数和温度为4、80℃.

(4)用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定(VO22SO4溶液,以测定反应②后溶液中含钒量,反应方程式为:2VO2++H2C2O4+2H+═2VOn++2CO2↑+mH2O,其中n、m分别为2、2.

分析 废钒催化剂粉碎、水浸,将溶解性物质溶于水,然后过滤得到滤渣和滤液,根据溶解性表知,滤液中含有VOSO4,滤渣中含有V2O5等不溶性杂质,向滤渣中加入亚硫酸钠和稀硫酸,亚硫酸钠具有还原性,能将V2O5还原为VOSO4,然后过滤得到滤渣和滤液,将两部分滤液混合并加入氯酸钾,氯酸钾具有氧化性,能将VOSO4氧化为(VO22SO4,调节溶液pH为8且采用离子交换方法得到VO3-,向溶液中加入氯化铵,得到难溶性的NH4VO3,焙烧NH4VO3得到V2O5
(1)铝热反应实质是置换反应,铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝;
(2)根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分;
(3)依据流程中的沉淀分离书写离子方程式;根据题中图象分析坐标系中表示的含义,结合图中的沉矾率与沉淀温度关系选择最佳温度,再根据沉矾率与氯化铵系数选择最佳的氯化铵系数;
(4)离子方程式中一定满足质量守恒和电荷守恒,先根据电荷守恒计算出n,再根据氢原子质量守恒计算出m.

解答 解:(1)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
(2)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
(3)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↓,
根据沉钒率与沉淀温度的图象可知,在80℃时沉矾率最高为98%,再根据氯化铵系数与沉钒率可知,氯化铵系数为4时沉钒率最高,所以最佳控制氯化铵系数和温度分别为:4,80℃,
故答案为:NH4++VO3-=NH4VO3↓; 4;80;
(4)2VO2++H2C2O4+2H+═2VOn++2CO2↑+mH2O,根据电荷守恒,2n=1×2+1×2,解得n=2;再根据氢原子质量守恒看得:2+2=2m,则m=2,
故答案为:2;2.

点评 本题考查了铝热反应、氧化还原反应、离子反应等知识,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及电荷守恒、质量守恒在配平反应方程式中的应用.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

5.A、B、C、D、E在一定条件下存在如下转化关系.其中A是一种重要的化工原料,A的产量可以用来衡量一个国家的石油化工水平.E具有水果香味.(部分反应条件、产物被省略).
已知:2CH3CHO+O2→2CH3COOH.

(1)工业上,由石油获得石蜡油的方法是分离;由石蜡油获得A是化学变化.(填“物理”或“化学”)
(2)B、D中所含官能团的名称为羟基、羧基.
(3)写出下列反应方程式,并表明反应类型
A→B:CH2=CH2+H2O$\stackrel{催化剂}{→}$CH3CH2OH;反应类型:加成反应
B→C:2CH3CH2OH+O2$→_{△}^{Cu}$2CH3CHO+2H2O;反应类型:氧化反应
B+D→E:CH3CH2OH+CH3COOH$→_{△}^{浓硫酸}$CH3COOCH2CH3+H2O;反应类型:酯化反应或取代反应
(4)在实验室制备E物质的过程中,饱和碳酸钠溶液的作用有:中和乙酸、溶解乙醇,降低乙酸乙酯溶解度,便于分层.
(5)在乙酸乙酯、乙醇、乙酸溶液共存的化学平衡体系中加入重水(D2O),经过足够长的时间后,可以发现除水外,体系中含有重氢的化合物是C.
A.乙酸    B.乙醇   C.乙酸、乙醇     D.乙酸乙酯.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

6.[Co(NH35Cl]Cl2是一种紫红色的晶体,下列说法中正确的是(  )
A.配位体是Cl-和NH3,配位数是8
B.中心离子是Co2+,配离子是Cl-
C.内界和外界中的Cl的数目比是1:2
D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl-一定被完全沉淀

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.某研究性学习小组设计了一组实验来探究Cl、Br、I元素的原子得电子能力强弱规律.下图中A、B、C是三个可供选择制取氯气的装置,D的玻璃管中①②③④依次放置蘸有NaBr溶液、淀粉碘化钾溶液、NaOH浓溶液和品红溶液的棉球,完成下列问题:

(1)写出装置B中指定仪器b的名称:圆底烧瓶
(2)该小组查阅资料显示实验室制取氯气还可采用下列原理:
2KMnO4+16HCl═2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
根据该原理需要选择A、B、C装置中的A装置制取氯气.
(3)反应装置的导气管与D装置的X导管(选X或Y),写出D装置中
①处棉球的离子反应方程式:C12+2Br-=2Cl-+Br2
②处棉球的现象:棉球变蓝;
③处棉球的离子反应方程式:Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O;
(4)D装置中④的作用:观察氯气是否被吸收完全.
(5)某同学根据①②两处棉球颜色的变化得出结论:Cl、Br、I原子得电子能力依次减弱,你认为上述实验现象能证明上述结论吗?说明理由.不能,由于不能保证氯气和溴化钠完全反应,则生成的溴单质中含有过量的氯气,则不能证明Br和I得电子能力相对强弱.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.某学生对铁与水蒸气反应进行实验探究:
操作现象或结果
I.取m g 铁粉,在水蒸气中加热一段时间灰黑色铁粉变成黑色
II.用排水集气法收集一小试管气体,移近到燃着
的酒精灯火焰
发出爆鸣声
III.将黑色固体干燥、称量得到n g 黑色固体
IV.将黑色固体加入到过量的盐酸中固体溶解,有少量气体生成,得到黄色溶液
(1)铁粉和水蒸气反应的化学方程式3Fe+4H2O(g)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe3O4+4H2
(2)操作II检验反应生成了氢气,说明水具有氧化性(填“氧化性”或“还原性”).
(3)为检验黑色固体成分,取操作IV得到的黄色溶液于两试管中,分别进行如下实验:
a.向试管1中滴加2滴KSCN溶液,溶液变红色;
b.向试管2中滴加2滴K3[Fe(CN)6]溶液,出现蓝色沉淀.
①实验a的目的是检验黄色溶液中存在Fe3+
②由实验a、b不能判断黑色固体是磁性氧化铁,依据是操作IV中有少量气体生成,未反应完的铁也可以和盐酸反应生成Fe2+
③该同学通过计算证实了黑色固体一定不是磁性氧化铁纯净物,n≠1.38m.(用m的表达式表示)
(4)资料表明:铁件与水蒸气反应,在表面生成的磁性氧化铁膜可对铁件起到防护作用.运用图1所示装置对该资料进行验证(已知:用铜片、铁件X、电解液构成原电池;氧化膜有保护时,电压会减小).

a.当Y为饱和氯化钠时,实验结果如下表:
XU/V
纯铁片0.91
表面有磁性氧化铁膜的铁片U1
依据U1<0.91(V),证明该条件下磁性氧化铁膜有保护作用.
b.表面有磁性氧化铁膜但存在少量缺陷的铁片作X,分别用0.1mol/LH2SO4溶液和0.1mol/L CuSO4溶液作Y进行验证实验,得到图2:
①Y2代表的溶液是0.1mol/LCuSO4溶液.
②用离子方程式解释Y1曲线变化的原因:Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O..

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.在一个恒容绝热的密闭容器中,发生可逆反应:M(?)+2N(g)?P(g)+Q(g)  该反应为吸热反应,已知M的状态未知,则下列描述一定达到平衡的标志是(  )
①当物质M、N、P的体积分数比为 1:1:1时  ②混合气体的密度不变时
③体系的温度不变时  ④反应速率2v (N)=v (Q)
⑤体系的压强不变时    ⑥气体的平均相对分子质量不变时.
A.①③④B.③⑤⑥C.②③⑥D.③④⑤

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.某有机物的结构简式为,下列说法中不正确的是(  )
A.该有机物属于饱和烷烃
B.该烃与2,5-二甲基-3-乙基己烷互为同系物
C.该烃的名称是3-甲基-5-乙基庚烷
D.该烃的一氯取代产物共有8种

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.下列有关物质的分离或提纯的说法中正确的是(  )
A.
图:从FeCl2溶液中制取FeCl2晶体
B.
图:从制取Fe(OH)2胶体的混合物中提纯胶体
C.
图:用CCl4萃取,从溴水中得到纯溴
D.
图:分离苯和甲苯

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.下列说法不正确的是(  )
A.用洁净铂丝蘸取未知溶液进行焰色反应,呈黄色火焰,则该溶液有Na+,但不能确定K+的存在
B.实验室制取乙酸乙酯时,向试管中加入乙醇,然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸和冰醋酸
C.用已知浓度NaOH溶液滴定未知浓度盐酸,滴定终点时,俯视刻度线,则测得盐酸浓度偏小
D.相同温度下,可以通过观察气泡多少来比较不同浓度Na2SO3溶液与稀H2SO4溶液反应的快慢

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