Question

6．偏钒酸铵（NH₄VO₃）主要用作催化剂、催干剂、媒染剂等．用沉淀法除去工业级偏钒酸铵中的杂质硅、磷的流程如图1：

（1）碱溶时，下列措施有利于NH₃逸出的是ac（填字母）．
A．升高温度      B．增大压吸       C．增大NaOH溶液的浓度
（2）①滤渣的主要成分为Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃，已知Ksp（MgSiO₃）=2.4×l0^-5．若滤液中c（SiO₃^2-）=0.08mol/L，则c（Mg²⁺）=3×10^-4mol/L
②由图2可知，加入一定量的MgSO₄溶液作沉淀剂时，随着温度的升高，除磷率下降，其原因是温度升高，Mg₃（PO₄）₂溶解度增大和升温促进Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂；但随着温度的升高，除硅率升高，其原因是SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）（用离子方程式表示）．
（3）沉钒时，反应温度需控制在50℃，在实验室可采取的加热方式为水浴加热
（4）探究NH₄Cl的浓度对沉钒率的影响，设计实验步骤（常见试剂任选）：取两份10mL一定浓度的滤液A和B，分别加入lmL和10mL的1mol/LNH₄Cl溶液，再向A中加入9mL蒸馏水，控制两份溶液温度均为50℃、pH均为8，由专用仪器洲定沉钒率．加入蒸馏水的目的是使两份溶液总体积相等，便于比较
（5）偏钒酸铵本身在水中的溶解度不大，但在草酸（H₂C₂O₄）溶液中因发生氧化还原反应而溶解，同时生成络合物（NH₄）₂[（VO）₂（C₂O₄）₃]，该反应的化学方程式为2NH₄VO₃+4H₂C₂O₄=（NH₄）₂[（VO）₂（C₂O₄）₃]+2CO₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 以沉淀法除去工业级偏钒酸铵（NH₄VO₃）中硅、磷元素杂质的流程为：在偏钒酸铵中加氢氧化钠溶液，将偏钒酸铵溶解，铵盐遇到强碱生成氨气，再加盐酸调节溶液的pH值，加硫酸镁，生成Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃沉淀，过滤除去滤渣，在滤液中加氯化铵得偏钒酸铵，
（1）根据气体在水中溶解度的影响因素可知，升温、减压都可以减小气体的溶解度，由于氨气在水中形成氨水能电离出氢氧根离子，根平衡移动原理，增加氢氧根浓度可以减小氨气 的溶解度；
（2）①根据Ksp（MgSiO₃）=c（Mg²⁺）c（SiO₃^2-）=2.4×l0^-5，结合c（SiO₃^2-）=0.08mol/L，进行计算；
②根据影响盐类水解的因素可知，升高温度水解程度增大，镁离子、硅酸根离子都是易水解的离子；
（3）沉钒时，反应温度需控制在50℃，可采用水浴加热；
（4）探究NH₄Cl的浓度对沉钒率的影响，对比试验应体积形同；
（5）偏钒酸铵与草酸反应生成（NH₄）₂[（VO）₂（C₂O₄）₃]和二氧化碳，据此分析．

解答 解：（1）根据气体在水中溶解度的影响因素可知，升温、减压都可以减小气体的溶解度，故选a，由于氨气在水中形成氨水能电离出氢氧根离子，根平衡移动原理，增加氢氧根浓度可以减小氨气 的溶解度，故选c，
故答案为：ac；
（2）①已知Ksp（MgSiO₃）=c（Mg²⁺）c（SiO₃^2-）=2.4×l0^-5，结合c（SiO₃^2-）=0.08mol/L，则c（Mg²⁺）=$\frac{2.4×1{0}^{-5}}{0.08}mol/L$=3×10^-4mol/L，
故答案为：3×10^-4mol/L；
②根据影响盐类水解的因素可知，升高温度水解程度增大，镁离子、硅酸根离子都是易水解的离子，所以升温促进Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂，使硅酸根水解生成硅沉淀，反应的离子方程式为SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）；
故答案为：升温促进Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂；SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）；
（3）沉钒时，反应温度需控制在50℃，可采用水浴加热，
故答案为：水浴加热；
（4）探究NH₄Cl的浓度对沉钒率的影响，为要有可比性，两溶液的体积必须相等，所以要 向A中加入约9 mL蒸馏水，使两份溶液总体积相等，便于比较；
故答案为：9；使两份溶液总体积相等，便于比较；
（5）偏钒酸铵与草酸反应生成（NH₄）₂[（VO）₂（C₂O₄）₃]，V元素化合价降低，则碳元素化合价升高由二氧化碳生成，则化学方程为：2NH₄VO₃+4H₂C₂O₄=（NH₄）₂[（VO）₂（C₂O₄）₃]+2CO₂↑+4H₂O；
故答案为：2NH₄VO₃+4H₂C₂O₄=（NH₄）₂[（VO）₂（C₂O₄）₃]+2CO₂↑+4H₂O．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算、实验设计等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．