Question

随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”．为回收利用含钒催化剂（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，回收率达91.7%以上．
部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：

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

请回答下列问题：
（1）请写出加入Na₂SO₃溶液发生反应的离子方程式

V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O

．
（2）催化氧化所使用的催化剂钒触媒（V₂O₅）能加快二氧化硫氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体（如下左图）．其中a、c二步的化学方程式可表示为

SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄

，

4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃

．
（3）该工艺中沉矾率是回收钒的关键之一，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．
根据图试建议控制氯化铵系数和温度：

4

、

80℃

．

（4）经过热重分析测得：NH₄VO₃在焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如右图所示．则NH₄VO₃在分解过程中

B

．
A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃
B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同时分解失去H₂O和NH₃
D．同时分解失去H₂、N₂和H₂O．

Answer 1

分析：（1）亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子．
（2）根据催化剂参与反应过程生成的中间产物，分析催化剂参与反应，最终重新生成来书写化学方程式；
（3）根据图1分析坐标系中的表示含义，结合图②中的沉矾率在80度C时最大，约为98%，在图①中找到对应沉矾率98%下的控制氯化铵系数为4；
（4）根据NH₄VO₃在焙烧变化的图象中固体质量分数结合方程式分析．

解答：解：（1）亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）依据图中的转化关系，V₂O₅参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫，本身被还原为图中产物V₂O₄，根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄转化为SO₃，此过程需要重新生成催化剂V₂O₅，需要氧化剂完成，此过程中的氧化剂为氧气，根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃，故答案为：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄、4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（3）根据图示分析数据，80℃时沉矾率最高为98%，再升高温度时其沉钒率反而降低，从氯化铵系数知，氯化铵系数越大沉钒率越大，但系数为5比为4稍微大些，且氯化铵系数越大需要的氯化铵越多，从经济角度分析不合适，所以加NH₄Cl的系数最好为4，
故答案为：4和80℃；
（4）根据NH₄VO₃在焙烧变化的图象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g          34g  18g
210℃时，固体质量减少值为1-85.47%=14.54%，380℃时，根据质量减少值为85.47-77.78%=7.69%，
根据方程式知，生成水时固体质量减少分数小于生成氨气时，所以210℃时减少的是氨气，380℃时减少的是水，则该反应过程中先失去氨气后失去水，故选B．

点评：本题考查了制备实验方案的设计，涉及到氧化还原反应、图象分析等知识点，注意催化剂实际上参加反应，难点是（4）题中图象分析，难度中等．