Question

【題目】金屬釩主要用于冶煉特種鋼， 被譽為 “合金的維生素”。工業(yè)上常用富釩爐渣 （主要含FeO·V2O3， 還有少量P2O5等雜質(zhì)） 制取釩的流程如下圖。

回答下列問題：

(1)已知焙燒中先發(fā)生4FeO·V2O3+5O24V2O5+2Fe2O3反應(yīng)， 其氧化產(chǎn)物是__，進一步生成可溶性NaVO3的反應(yīng)方程式為______。

(2)25℃時，Ksp(NH4VO3)＝4×10-2，電離平衡常數(shù)Kb(NH3·H2O) ＝1.8×10-5。“沉釩” 后VO3-的濃度為mol/L，則濾液的pH為___。除OH-與VO3-外，濾液中還可能存在的陰離子是__。

(3) “熱解” 過程產(chǎn)生的氣體 y的電子式為__。

(4)硅參與高溫還原反應(yīng)的方程式為_____，爐渣的主要成分是__。

(5)釩比鐵的金屬性強。工業(yè)上通過電解精煉 “粗釩” 可得到99.5%的純釩， 以熔融LiCl－KCl－VCl2為電解質(zhì)，“粗釩” 中含少量鐵和硅。則 “粗釩” 應(yīng)連接電源的___極， 陰極的電極反應(yīng)式為__。

Answer 1

【答案】V2O5、Fe2O3 V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ 4.5 Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- 5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 CaSiO3 正或＋ V2+＋2e-＝V

【解析】

焙燒是將FeO·V2O3轉(zhuǎn)化為可溶性NaVO3，氧化鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學方程式為：4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2，氣體x為CO2，水浸，浸出渣為氧化鐵，得到NaVO3溶液，濾液中加入NH4Cl沉釩生成NH4VO3，受熱分解生成V2O5，和氨氣，最后用硅鐵還原，硅參與高溫還原反應(yīng)的方程式為5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 ，爐渣的主要成分是CaSiO3。

（1）焙燒中先發(fā)生4FeO·V2O3+5O24V2O5+2Fe2O3反應(yīng)，鐵由+2價升高為+3價，釩由+3從升高為+5價，其氧化產(chǎn)物是 V2O5、Fe2O3，進一步生成可溶性NaVO3的反應(yīng)方程式為V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ 。故答案為： V2O5、Fe2O3；V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ ；

（2）25℃時，Ksp(NH4VO3)＝4×10-2，電離平衡常數(shù)Kb(NH3·H2O) ＝1.8×10-5。“沉釩” 后VO3-的濃度為mol·L－1，Ksp(NH4VO3)＝4×10-2=c(NH4+)c(VO3-)，c(NH4+)==1.8 mol·L－1,

Kh= ,x=c(H+)=10-4.5mol·L－1,則濾液的pH為4.5。除OH-與VO3-外，P2O5溶于水生成磷酸電離出H2PO42-、PO43-或HPO42- ，濾液中還可能存在的陰離子是Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- 。故答案為：4.5；Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- ；

（3）“熱解” 過程產(chǎn)生的氣體 y是氨氣，N原子最外層是5個電子，與3個氫原子形成3個共用電子對，電子式為。故答案為：；

（4）硅高溫時將釩還原，同時生成的二氧化硅與氧化鈣形成爐渣，硅參與高溫還原反應(yīng)的方程式為5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 ，爐渣的主要成分是CaSiO3。故答案為：5Si＋2V2O54V＋5SiO2或5Si＋2V2O5＋5CaO4V＋5CaSiO3 ；CaSiO3；

（5）以熔融LiCl－KCl－VCl2為電解質(zhì)，“粗釩” 中含少量鐵和硅， “粗釩” 應(yīng)連接電源的正或＋極，發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰極的電極反應(yīng)式為V2+＋2e-＝V。故答案為：正或＋；V2+＋2e-＝V。