Question

16．為回收利用廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄及SiO₂等，其中VOSO₄可溶于水），科研人員最新研制了一種回收釩的新工藝，其主要流程如圖1：

（1）萃取、反萃取過程中所需的主要玻璃儀器為分液漏斗．
（2）上述流程中涉及到兩處氧化還原反應(yīng)．
①“浸取還原”過程的產(chǎn)物為VOSO₄，該反應(yīng)的離子方程式為V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
②“氧化”過程無氣體產(chǎn)生，溶液中VO²⁺轉(zhuǎn)化為VO₂⁺，該反應(yīng)的離子方程式為6VO²⁺+ClO₃^-+3H₂O=6VO₂⁺+Cl^-+6H⁺．
（3）“沉淀”過程中，沉釩率受溫度、氯化銨系數(shù)（NH₄Cl的質(zhì)量與調(diào)節(jié)pH之后的料液中VO₃^-的質(zhì)量比）等的影響，其中溫度與沉淀率的關(guān)系如圖2所示，溫度高于80℃沉釩率降低的可能原因是溫度高于80度，導(dǎo)致部分氯化銨分解．
（4）上述流程中所得沉淀為一系列的聚合物種[其分子組成可用N_mH_nV_xO_y表示]，質(zhì)譜法分析某沉淀的摩爾質(zhì)量為832g/mol．取該沉淀83.2g用下列裝置測(cè)定其組成，充分焙燒后玻璃管內(nèi)殘留V₂O₅固體為72.8g；所得氣體通過U形管后，U形管增重3.6g．

①?gòu)V口瓶中濃硫酸的作用為吸收產(chǎn)生的氨氣．
②該沉淀的分子式為N₂H₁₆V₈O₂₂．

Answer 1

分析 廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄及SiO₂等，其中VOSO₄可溶于水），廢釩催化劑粉碎、加硫酸、亞硫酸鈉浸取，亞硫酸鈉具有還原性，能將V₂O₅還原為VOSO₄，發(fā)生反應(yīng)：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，將溶解性物質(zhì)溶于水，然后過濾得到濾渣和濾液，濾渣中含有SiO₂等不溶性雜質(zhì)，將濾液中加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO₄氧化為（VO₂）₂SO₄，調(diào)節(jié)溶液pH為8且采用離子交換方法得到VO₃^-，向溶液中加入氯化銨，得到難溶性的NH₄VO₃，焙燒NH₄VO₃得到V₂O₅．
（1）萃取、反萃取過程中，需要燒杯、分液漏斗等儀器；
（2）①“浸取還原”過程的產(chǎn)物為VOSO₄，據(jù)流程圖和氧化還原劑原理，可寫出反應(yīng)的離子方程式；
②“氧化”過程無氣體產(chǎn)生，溶液中VO²⁺轉(zhuǎn)化為VO₂⁺，氯元素化合價(jià)從+5→-1，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒書寫離子方程式；
（3）沉釩率受溫度、氯化銨系數(shù)（NH₄Cl的質(zhì)量與調(diào)節(jié)pH之后的料液中VO₃^-的質(zhì)量比）等的影響，根據(jù)圖2分析坐標(biāo)系中的表示含義，結(jié)合圖中的沉礬率在80度C時(shí)最大，約為98%，溫度高于80度，導(dǎo)致部分氯化銨分解；
（4）①圖3干燥的氮?dú)怛?qū)趕裝置中的空氣，堿石灰吸收產(chǎn)物水，濃硫酸吸收產(chǎn)物氨氣；
②根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算出該沉淀的物質(zhì)的量，得到的殘留固體為V₂O₅，堿石灰吸收的為水、濃硫酸吸收的為氨氣，根據(jù)題中數(shù)據(jù)計(jì)算出各分解產(chǎn)物的物質(zhì)的量，再得出該沉淀的化學(xué)式即可．

解答 解：（1）萃取、反萃取過程中，需要燒杯、分液漏斗等儀器，主要玻璃儀器為分液漏斗，
故答案為：分液漏斗；
（2）①浸取還原過程的產(chǎn)物之一是VOSO₄，V化合價(jià)為+4，據(jù)是還原過程可得原反應(yīng)物是更高價(jià)的V，即為V₂O₅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂SO₃+V₂O₅+2H₂SO₄=2VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O，離子反應(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
②氯元素化合價(jià)從+5→-1，化合價(jià)降低6，釩化合價(jià)從+4→+5，化合價(jià)升高1，二者最小公倍數(shù)為6，把變價(jià)元素配平，初步配平為：ClO₃^-+6VO²⁺+H₂O→6VO₂⁺+Cl^-+H⁺，根據(jù)氧原子守恒確定H₂O前系數(shù)為3，氫離子前系數(shù)為6，故配平后為：6VO²⁺+ClO₃^-+3H₂O=6VO₂⁺+Cl^-+6H⁺，
故答案為：6VO²⁺+ClO₃^-+3H₂O=6VO₂⁺+Cl^-+6H⁺；
（3）沉釩率受溫度、氯化銨系數(shù)（NH₄Cl的質(zhì)量與調(diào)節(jié)pH之后的料液中VO₃^-的質(zhì)量比）等的影響，根據(jù)圖示2分析數(shù)據(jù)，80℃時(shí)沉礬率最高為98%，溫度高于80度，導(dǎo)致部分氯化銨分解，所以溫度高于80℃沉釩率降低，
故答案為：溫度高于80度，導(dǎo)致部分氯化銨分解；
（4）①沉淀為一系列的聚合物種[其分子組成可用N_mH_nV_xO_y表示]，取該沉淀83.2g，加熱，產(chǎn)生氨氣、水、五氧化二釩，圖3干燥的氮?dú)怛?qū)趕裝置中的空氣，堿石灰吸收產(chǎn)物水，濃硫酸吸收產(chǎn)物氨氣，
故答案為：吸收產(chǎn)生的氨氣；  
②n（沉淀）=83.2g÷832g/mol=0.1mol，由題意知沉淀分解生成H₂O、NH₃和V₂O₅，n（H₂O）=3.6g÷18g/mol=0.2mol，n（NH₃）=（83.2g-72.8g-3.6g）÷17g/mol=0.4mol，n（V₂O₅）=72.8g÷182g/mol=0.4moln（沉淀）：n（H₂O）：n（NH₃）：n（V₂O₅）=1：2：4：4，因此該物質(zhì)的分子式為N₄H₁₆V₈O₂₂，
故答案為：N₂H₁₆V₈O₂₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了回收釩的新工藝，側(cè)重考查利用信息進(jìn)行判斷和書寫方程式的能力，圖象分析能力，提取釩元素的流程分析和氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，明確各個(gè)過程發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．