Question

20．廢舊物的回收利用在工業(yè)中應用廣泛．在生產(chǎn)硫酸的廢釩催化劑中，一部分釩仍以V₂O₅形式存在，還有部分以VOSO₄形式存在，約占總釩的30%～70%．工業(yè)上對廢釩催化劑回收處理，其工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）V₂O₅在硫酸工業(yè)的接觸室（設備）中用于SO₂的催化氧化反應．
（2）為了提高釩的浸出率，用酸浸使催化劑中的V₂O₅先轉(zhuǎn)變成可溶于水的VOSO₄，生成的VOSO₄很易進入浸出液，經(jīng)分離凈化后與水浸液合并，再用氯酸鉀氧化，使四價V氧化成可溶于水的（VO₂）₂SO₄，請寫出，這兩個反應的離子方程式：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O、C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-．
（3）寫出沉釩得到NH₄VO₃沉淀的方程式為NH₄Cl+KVO₃=KCl+NH₄VO₃↓．
（4）試驗用的原料中V₂O₅約占6%（原料中的所有釩已換算成V₂O₅）．取100g此廢釩催化劑按工業(yè)生產(chǎn)的步驟進行實驗，當加入10mL1mol•L^-1的KClO₃溶液時，溶液中的釩恰好被完全處理，以后各步釩沒有損失，則該工業(yè)生產(chǎn)中釩的回收率是91%．
（5）V₂O₅能與鹽酸發(fā)生反應．60mL10mol•L^-1的HCl溶液與18.2g的V₂O₅恰好完全反應，生成2.24L（標準狀況）氯氣，則生成物中V的存在形式為VOC1₂或VO²⁺（寫化學式）．
（6）工業(yè)上用鋁熱反應冶煉釩，還原得到的粗釩用電解法進行精煉，粗釩作陽極，VCl₂與KCl、CaCl₂共熔體作電解質(zhì)．VCl₂可用釩與Cl₂直接化合制得．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)V₂O₅在硫酸工業(yè)中作SO₂催化氧化為SO₃的催化劑解答；
（2）廢催化劑中釩元素主要以難溶的V₂O₅和易溶的VOSO₄形式存在，粉碎后水浸后過濾，得到含VOSO₄的濾液Ⅰ，和沉淀V₂O₅；沉淀經(jīng)酸浸溶解在硫酸中，形成含VO₂⁺離子的溶液，再加入亞硫酸鈉，會發(fā)生氧化還原反應，V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，過濾后得到濾液Ⅱ，成分主要是VOSO₄，經(jīng)分離凈化后與水浸液合并，加入氯酸鉀氧化，使VOSO₄氧化成可溶于水完全電離的（VO₂）₂SO₄，氯元素被還原為Cl^-，從而根據(jù)氧化還原反應的實質(zhì)寫出離子方程；
（3）根據(jù)流程圖沉釩得到NH₄VO₃沉淀的反應為氯化銨和KVO₃發(fā)生復分解反應，生成難溶性的NH₄VO₃和KC1；
（4）由（2）中反應的方程式V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-，可得關系式：3V₂O₅～6VO²⁺～C1O₃^-，則n（V₂O₅）=3n（C1O₃^-）=3n（KC1O₃）=3×0.01L×1mol•L^-1=0.03mol，100g此廢釩催化劑含m（V₂0₅）=100g×6%=6g，n（V₂O₅）=$\frac{6g}{182g/mol}$=$\frac{6}{182}$mol，釩的回收率為：0.03÷$\frac{6}{182}$×100%=91%；
（5）根據(jù)氧化還原反應得失電子守恒，算出V₂O₅還原產(chǎn)物中V元素的化合價，再根據(jù)反應前后元素守恒，據(jù)此確定生成物中V的存在形式；
（6）電解精煉，粗釩應作陽極，溶解后在陰極析出得純釩，VCl₂可用釩與Cl₂直接化合制得．

解答 解：（1）根據(jù)V₂O₅在硫酸工業(yè)中作SO₂催化氧化為SO₃的催化劑，在接觸室中進行，
故答案為：接觸室；SO₂催化氧化；
（2）根據(jù)題意和流程圖中的轉(zhuǎn)化，“酸浸”是將釩廢催化劑中V₂O₅轉(zhuǎn)變成可溶于水的VOSO₄，發(fā)生了氧化還原反應；含VOSO₄的酸浸液經(jīng)分離凈化后與水浸液（含VOSO₄）合并，用氯酸鉀氧化，使VOSO₄氧化成完全電離可溶于水的（VO₂）₂SO₄，氯元素被還原為Cl^-，根據(jù)化合價的升降寫出離子方程式．
故答案為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O   C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-；
（3）根據(jù)流程圖沉釩得到NH₄VO₃沉淀的反應為氯化銨和KVO₃發(fā)生復分解反應，生成難溶性的NH₄VO₃和KC1，化學方程式為NH₄Cl+KVO₃=KCl+NH₄VO₃↓，
故答案為：NH₄Cl+KVO₃=KCl+NH₄VO₃↓；
（4）由（2）中反應的方程式V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-，可得關系式：3V₂O₅～6VO²⁺～C1O₃^-，則n（V₂O₅）=3n（C1O₃^-）=3n（KC1O₃）=3×0.01L×1mol•L^-1=0.03mol，100g此廢釩催化劑含m（V₂0₅）=100g×6%=6g，n（V₂O₅）=$\frac{6g}{182g/mol}$=$\frac{6}{182}$mol，釩的回收率為：0.03÷$\frac{6}{182}$×100%=91%，
故答案為：91%；
（5）根據(jù)氧化還原反應得失電子守恒，設生成物中V元素的化合價為x，則$\frac{2.24L}{22.4L}$×2=$\frac{18.2g}{182g/mol}$×（+5-x），x=+4，則V₂O₅還原產(chǎn)物中V元素的化合價為+4價，再根據(jù)反應前后元素守恒，據(jù)此確定生成物中V的存在形式為VOC1₂或VO²⁺，
故答案為：VOC1₂或VO²⁺；
（6）電解精煉，粗釩應作陽極，溶解后在陰極析出得純釩，VCl₂可用釩與Cl₂直接化合制得，
故答案為：陽  Cl₂．

點評 本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗設計的方法應用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．