专项训练 与金属钒有关的化工流程题
化工流程专题练习50题(含答案详解)
化学工艺流程1．明矾[KAl(SO4) 2·12H2O]易溶于水，不易溶于乙醇，在生产、生活中有广泛用途。
利用炼铝厂的废料——铝灰（含Al、Al2O3及少量的SiO2、FeO·xFe2O2）制备明矾的工艺流程如下：回答下列问题：（1）酸浸时为提高铝的浸取虑，可采取的措施是（填标号）。
a．改用同浓度的硝酸b．用硫酸多次浸取c．浸取时间缩短一半d．适当升高温度（2）滤渣1的成分是；滤渣2经过处理可以制得一种高效的无机高分子混凝剂，其化学式为[Fe2(OH)n(SO4)(3-0.5n)]m，则该物质中铁元素的化合价为。
（3）检验滤液A中含有Fe2+的实验方案及现象是。
（4）已知常温下K sp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，当调节溶液的pH=3时，溶液中c(Fe3+)= 。
（5）操作Ⅱ中包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作，使用酒精洗涤明矾晶体的目的是；明矾净水的原理是（写离子方程式）。
（6）已知在pH=3和加热条件下，MnO4-可与Mn2+反应生成MnO2，则上述流程图中加入适量MnSO4发生反应的离子方程式为。
．（1）bd（2分）（2）SiO2（1分）+3（2分）（3）取少量滤液A于试管中，滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，高锰酸钾溶液褪色，说明滤液A中含有Fe2+（或取少量滤液A于试管中，滴入几滴铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，说明滤液A中含有Fe2+）（2分）（4）4.0×10-5 mol·L-1（2分）（5）利用乙醇的易挥发性带走水分，使产物快速变干（2分）Al3++3H2O Al(OH)3（胶体）+3H+（2分）（6）3Mn2++2MnO+2H2O=5MnO2↓+4H+（2分）2. 硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。
用锌白矿（主要成分为ZnO，还含有FeO、CuO、SiO2等杂质）制备ZnSO4·7H2O的流程如下。
已知：K sp[Fe(OH)3]＝4.0×10−38，K sp[Cu(OH)2]＝2.2×10−20（1）“滤渣1”的主要成分是（填化学式）。
2020届福建高三化学——化学工业流程大题周练(以钒V为载体)07
2020届福建高三化学——化学工业流程大题周练（以钒V为载体）072020届届届届届届届——届届届届届届届届届届（以钒V为载体）071.从工业废钒中回收金属钒既避免环境污染又有利于资源综合利用。
某工业废钒的主要成分为V2O5、VOSO4和SiO2等，从废钒中回收钒的一种工艺流程如下：回答下列问题：(1)为了提高“酸浸”效率，可以采取的措施有________(填一种)。
(2)“还原”中发生反应的离子方程式为________。
(3)“沉钒”是回收钒的关键步骤之一，写出该反应的离子方程式：________。
(4)“铝热反应”的化学方程式为________，用铝热剂法从下列金属氧化物中各冶炼出1mol对应的金属，消耗铝粉质量最多的是________(填字母)。
a.Fe3O4b.Ni2O3c.V2O5d.MnO2(5)电解精炼时，以熔融NaCl、CaCl2和VCl2为电解液(其中VCl2以分子形式存在)。
粗钒应与电源的________(填“正”或“负”)极相连，阴极的电极反应式为________。
(6)为预估“还原”时加入H2C2O4的量，需测定“酸浸”液中VO2+的浓度，每次取25.00mL“酸浸”液于锥形瓶中，以苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，用a mol·L−1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液进行滴定(其中VO2+→VO2+)，若三次滴定消耗标准液的平均体积为b mL，则VO2+的浓度为________(用含a、b的代数式表示)g·L−1。
2.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．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用离子变换法回收钒的新工艺，回收率达到91.7%．部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：1/ 32物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶难溶难溶易溶该工艺的主要流程如图所示：请问答下列问题：(1)工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，其化学方程式可表示为______用铝热剂法从下列各金属氧化物中冶炼出各1mol对应的金属，耗铝粉的质量最多的是______(填序号)a.Fe3O4b.Ni2O3c.V2O5d.MnO2(2)反应①的化学方程式为______(3)若反萃取使用硫酸用量过大，进一步处理会增加______(填化学式)的用量，造成成本增大．(4)反应②的化学方程式为：KClO3+6VOSO4+3H2O=3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4，若反应①用的还原剂与反应②用的氧化剂的物质的量之比为12：7，则废钒催化剂中VOSO4和V2O5的物质的量之比为______．(5)该工艺反应③的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关键之一，写出该步发生反应的离子方程式______(6)用已知浓度的酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液，以测定反应②后溶液中的含钒量，已知该反应的还原产物为VO2+，氧化产物为CO2，则该反应的离子方程式为______．(7)钒电池是以溶于一定浓度硫酸溶液中不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、VO2+)为正极和负极反应的活性物质，电极均为铂棒，电池总反应为：VO2++V3++H2O V2++VO2++2H+①放电时的正极反应为______②充电时的阴极反应为______．3.工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下：请回答下列问题：2020届福建高三化学——化学工业流程大题周练（以钒V 为载体）07 3 /32(1)步骤①所得废渣的成分是 (写化学式)，操作I 的名称 。
2020届高三化学一轮复习——工业流程图(选择题和综合大题训练)
2020届高三化学一轮复习——工业流程图（选择题和综合大题训练）1、钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。
工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下：已知：钒有多种价态，其中＋5价最稳定。
钒在溶液中主要以VO＋2和VO－3的形式存在，且存在平衡VO＋2＋H2O VO－3＋2H＋。
下列说法正确的是()A．工业生产中，碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B．可以推测VO2Cl的溶解度大于NH4VO3C．焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全D．将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色，则磁性产品中一定不含铁元素答案B2．利用废铁屑(主要成分为Fe，还含有C、S、P等杂质)制取高效净水剂K2FeO4的流程如图所示：下列说法不正确的是()A.废铁屑在酸溶前可用热的纯碱溶液去油污B.步骤②是将Fe2＋转化为Fe(OH)3C.步骤③中发生反应的离子方程式为：2Fe(OH)3＋3ClO－===2FeO2－4＋3Cl－＋4H＋＋H2OD.步骤④中反应能发生的原因是在相同条件下，K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4答案C3、烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放，实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。
下列说法错误的是()A.滤渣Ⅰ的主要成分为SiO2B.加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6－2xC.调节pH时，若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，相应的离子方程式为3CaCO3＋2Al3＋＋3H2O===2Al(OH)3＋3Ca2＋＋3CO2↑D.上述流程中经完全热分解放出的SO2的量总是小于吸收的SO2的量，其主要原因是溶液中的部分SO2－3被氧化成SO2－4答案C4、以白云石(MgCO3和CaCO3的混合物)为原料制备氢氧化镁的工艺流程如图所示：下列说法正确的是()A.(NH4)2SO4溶液pH＜7B.碳酸钙因为不溶解于水，所以不是电解质C.加入氨水时，发生反应的离子方程式为Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓D.“轻烧”白云石的目的是生成CaO和MgO答案A5、（2020年北京西城6月）工业上应用两矿法浸出软锰矿(主要成分MnO2)和方铅矿(主要成分PbS、FeS2)，制备PbSO4和Mn3O4，转化流程如下。
钒化合物生产考核试卷
B.提高抗腐蚀性
C.提高耐磨性
D.降低熔点
4.钒化合物在化工领域的应用有下列哪些？（）
A.制造染料
B.制造肥料
C.制造颜料
D.制造炸药
5.以下哪些因素会影响钒化合物的毒性？（）
A.钒的氧化态
B.化合物的溶解度
C.生物体内的累积
D.钒的物理形态
6.钒在电池材料中的应用包括以下哪些？（）
A.钒氧化电池
B.制造超导材料
C.制造光电子器件
D.制造电解电容
13.以下哪些方法可以用于钒渣的处理？（）
A.熔融还原
B.硫酸化处理
C.氨浸
D.作为建筑材料使用
14.钒在能源领域的应用包括以下哪些？（）
A.燃料电池
B.太阳能电池
C.核能材料
D.煤的气化
15.以下哪些是钒合金的优点？（）
A.高强度
B.良好的耐热性
C.优异的耐腐蚀性
9. ABC
10. ABC
11. ABCD
12. ABC
13. ABCD
14. ABC
15. ABC
16. ABCD
17. ABCD
18. ABC
19. AC
20. ABCD
三、填空题
1. V
2. 23
3.钒磁铁矿
4.催化剂
5. +5
6.催化裂化
7. vanadium sulfate
8.耐磨性
9.氧化态
2.下列哪个元素与钒在元素周期表中位置相近？（）
A.铬
B.镍
C.钴
D.铜
3.钒化合物中，钒的常见氧化数是以下哪一个？（）
A. +1
2020届高考化学三轮大题强化特训-《工业流程(八)》
2020届高考化学三轮大题强化特训-《工业流程（八）》1.五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁。
用作冶金添加剂，占五氧化二钒总消耗量的80%以上，其次是用作有机化工的催化剂。
为了增加V2O5的利用率，我们从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下：部分含钒物质在水中的溶解性如表所示，回答下列问题：(1)①中废渣的主要成分是_____________；①中V2O5发生反应的离子方程式为____________________________________________。
(2)②、③中的变化过程可简化为(下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取剂的主要成分。
②中萃取时必须加入适量碱，其原因是_____________________________；实验室进行萃取操作使用的玻璃仪器为___________________________。
(3)实验室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有钒已换算成V2O5)。
取100g该废钒催化剂按工业生产的步骤进行实验，当加入100mL0.1mol·L−1的KClO3溶液时，溶液中的钒恰好被完全处理，假设以后各步钒没有损失，则该实验中钒的回收率是_____________[M(V2O5)=182g·mol−1]。
(4)25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表所示：试判断在实际生产时，⑤中加入NH4Cl调节溶液的最佳pH为_____________；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则此时溶液中c(Fe3+)≤_____________(已知：25℃时K sp[Fe(OH)3]=2.6×10−39)。
【答案】(1)SiO2；(2)加入碱，中和H2SO4，使平衡正移；分液漏斗、烧杯(3)91.0%(4)1.7；2.6×10−3mol·L−1【解析】【分析】本题考查工艺流程，难度一般，是高频考点，涉及离子方程式的书写、化学平衡的移动、氧化还原反应的计算、溶度积的计算等，侧重分析能力和计算能力的考查。
2020届高三化学二轮专题复习化学工艺流程题08
2020届届届届届届届届届届届届届届届届届届081.含钒石煤(含有铁、硅、铝、钙、镁等元素的氧化物)中的钒大部分是以V(Ⅲ)和V(Ⅳ)形式存在，由含矾石煤提钒的一种工艺流程如下所示：已知：铜铁试剂能与铜、铁、铝、钛等元素形成不溶于水的配合物。
回答下列问题：(1)含矾石煤预制时加入复合添加剂对钒浸出率的影响如图所示，其中最佳复合添加剂为________，最佳添加比例为________。
(2)下图为“抽滤”实验原理装置图，“抽滤”时抽气泵的作用是________；“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出”的目的是________。
(3)已知酸浸液中V2O24+被H2O2氧化成VO2+，其离子方程式为________。
“净化除杂”时用铜铁试剂除去所含的Al3+、Fe3+等杂质离子而不通过调节酸浸液pH的原因是________。
(4)“沉钒”的离子反应方程式为________。
(5)“煅烧”纯净的沉钒产物过程中，固体残留率与温度变化如图所示。
已知A点坐标为(260℃,85.47％)，则A点对应物质的化学式为________，B点对应的物质为V2O5，则B点坐标为()。
【答案】(1)Na2CO3/K2CO3；1：1；(2)抽走装置中的空气，形成负压，加快过滤速率；提高钒浸出率；(3)V2O24++H2O2=2VO2++2H+；若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失；(4)NH4++VO3−=NH4VO3↓；(5)HVO3；400℃，77.78%。
【解析】【分析】本题以石煤提钒的一种工艺流程为情景，综合考查了元素化合物、化学实验、反应原理及化学计算等学科内综合知识，掌握好基础知识，并且学会运用分析题目是解题关键。
【解答】(1)据图可知，Na2CO3/K2CO3作复合添加剂时，钒浸出率最高，添加比例为1：1；故答案为：Na2CO3/K2CO3；1：1；(2)抽滤是利用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低，使过滤速度加快；“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出可提高钒元素的浸出率；故答案为：抽走装置中的空气，形成负压，加快过滤速率；提高钒浸出率；(3)H2O2作氧化剂，O元素被还原为−2价，根据原子守恒、电荷守恒即可书写离子方程式：V2O24++H2O2=2VO2++2H+；若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失；故答案为：V2O24++H2O2=2VO2++2H+；若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失；(4)根据生产流程图可知，“含钒净化液”中的VO3−与铵盐中NH4+结合生成NH4VO3沉淀，离子反应方程式为NH4++VO3−=NH4VO3↓；故答案为：NH4++VO3−=NH4VO3↓；(5)260℃时若分解生成HVO3和NH3则剩余固体质量与初始固体质量的百分比为100×100％≈85.47%，所以A点(260℃)对应物质的化学式为HVO3；B点对应的物质117为V2O5，根据质量变化特点，可以得出剩余固体质量与初始固体质量的百分比为182×1×100％≈77.78%，则B点坐标为(400℃,77.78%)。
2025届高考化学专项小练工艺流程图选择题
工艺流程图选择题1．（广东试验中学2024届高三阶段测试）钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。
工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下：已知：钒有多种价态，其中＋5价最稳定。
钒在溶液中主要以和的形式存在，且存在平衡VO2＋＋H2O VO3－＋2H＋。
下列说法正确的是A．工业生产中，碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B．可以推想VO2Cl溶解度大于NH4VO3C．焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全D．将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色，则磁性产品中肯定不含铁元素【答案】B【解析】赤泥进行碱浸，氧化铝溶解形成偏铝酸盐，再通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀。
滤渣1系列操作得到V2O5，可知滤渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物，进行还原、磁选，磁性产品中含有Fe等，非磁性产品含有V元素，在空气中焙烧后用盐酸溶解，钒在溶液中主要以VO2+和VO3﹣的形式存在，再加入氯化铵转化为NH4VO3，焙烧得到V2O5，由溶液中存在平衡VO2＋＋H2O VO3－＋2H＋，盐酸过量会抑制的生成NH4VO3，盐酸溶解时不宜过量。
氧化铝不溶于弱碱，氨水不能溶解氧化铝，故A错误；B.用盐酸溶液后的溶液中含有VO2+和VO3﹣、Cl﹣，加入氯化铵生成NH4VO3沉淀，反应向生成更难溶的物质进行，可以推想VO2Cl溶解度大于NH4VO3，故B正确；C.溶液中存在平衡VO2＋＋H2O VO3－＋2H＋，盐酸过量平衡逆向移动，会抑制的生成NH4VO3，所以不能加入过量的盐酸，故C错误；D.磁性产品中有铁的单质存在，若加入的硝酸不足，Fe元素被硝酸氧化可能生成亚铁离子，亚铁离子遇KSCN溶液无明显现象，故D错误；故选B。
2．（湖南省衡阳市第八中学2024届高三月考）用适当浓度的盐酸、NaCl溶液、氨水、铁粉和葡萄糖溶液可依据如图方法从某含有Cu2+、Ag+的溶液中回收Cu和Ag(图中标注的试剂和物质均不同)。
2021届高三化学一轮复习——化学工艺流程题 解析
高三化学一轮复习——化学工艺流程题1. 金属钒被誉为“合金的维生素”。
从废钒(主要成分为V 2O 5、Fe 2O 3、SiO 2等)中回收V 2O 5的一种工艺流程如下图所示：已知：步骤②、③中的转化过程可简化为：R n ＋(水层)＋n HA(有机层)RA n (有机层)＋n H ＋(水层)(式中R n ＋表示VO 2＋或Fe 3＋，HA 表示有机萃取剂)回答下列问题：(1)步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应的化学方程式为_________________________________________________________，滤渣的成分为_________________________________________________________。
(2)萃取时应加入适量碱的作用是__________________________________。
(3)步骤④中反应的离子方程式为________________________________。
(4)沉钒所得NH 4VO 3为离子化合物，NH ＋4的电子式为________________。
(5)V 2O 5是两性氧化物，在强酸性溶液中以VO ＋2形式存在，VO ＋2具有强氧化性，能将I －氧化为I 2，本身被还原为VO ＋，则V 2O 5与氢碘酸反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________________。
(6)为提高钒的回收率，步骤②和③需多次进行，假设酸浸所得“强酸性浸出液”中c (VO 2＋)＝a mol·L －1，步骤②和③每进行一次，VO 2＋萃取率为80%，4次操作后，“强酸性浸出液中”c (VO 2＋)＝________mol·L －1。
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专项训练与金属钒有关的化工流程题1.钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法生产硫酸中使用的催化剂(主要成分V2O5、V2O4)。
利用废催化剂回收制备V2O5的工艺流程如下:已知:20 ℃时,NH4VO3的K sp=1.68×10-2回答下列问题:(1)步骤①为提高浸取效率采取方法有________(任写两条)。
(2)步骤②中反应的氧化剂是______________________。
(3)步骤③中Cl被还原为Cl-,该反应的离子方程式为_________________。
(4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如图,为提高交换效率应控制的pH范围是_____________________________________________________________。
(5)步骤⑤所发生反应的离子方程式为 _____________________________。
若母液中N的浓度为1.0 mol·L-1,则c(V)=____________________。
(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为电极反应的活性物质。
一种全钒电池原理如图,放电时H+从右向左移动。
写出充电时阳极的电极反应式 _____________________________________,当转移0.1 mol电子时,转移H+的物质的量为____mol。
【解析】(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率,因此,可采用增大接触面积(粉碎废催化剂)、升高浸取温度或搅拌等手段;(2)步骤②中的反应方程式为2V2O5+2Na2SO44NaVO3+2SO2↑+O2↑,根据化合价变化判断只有S:+6→+4,化合价降低,发生了还原反应,O:-2→0化合价升高,发生了氧化反应,所以氧化剂为Na2SO4;(3)分析参与氧化还原反应的离子,根据电子转移守恒配平,考虑反应条件为碱性环境,反应前加OH-,反应后生成水。
即为6VO2++Cl+18OH-6V+Cl-+9H2O。
(4)从图中可知pH为6～8时交换效率最高;(5)由NaVO3经沉钒得生成物NH4VO3知,此反应的离子反应方程式:N+V NH4VO3↓,已知:20 ℃时,NH4VO3的K sp=1.68×10-2,N的浓度为1.0 mol·L-1,代入溶度积常数的表达式c(N)·c(V)=1.68×10-2,所以c(V)=1.68×10-2 mol·L-1;(6)放电时H+从右向左移动,则充电时H+从左向右移动,表明电解池(充电时)的阳极为左泵、阴极为右泵,所以阳极反应为VO2++H2O-e-V+2H+。
当外电路转移0.1 mol电子时,可知溶液中必转移0.1 mol H+。
在阳极有0.1 mol VOSO4变为了0.05 mol (VO2)2SO4+0.05 mol S,产生的0.2 mol H+将有0.1 mol匹配S,0.1 mol移向右泵(阴极)。
答案:(1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌(任写两条)(2)Na2SO4(3)6VO2++Cl+18OH-6V+Cl-+9H2O(4)6～8(5)N+V NH4VO3↓1.68×10-2 mol·L-1(6)VO2++H2O-e-V+2H+0.12.(2020·天津河东区模拟)钒被誉为“现代工业的味精”,是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料,其氧化物二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料,五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。
下列某化学小组从废钒催化剂(V2O5、V2O4、K2SO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等)中回收V2O5并且利用回收的V2O5制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体已知:①“酸浸”时V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+;②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取V要强。
回答下列问题:(1)写出“废渣1”的主要成分的用途____(填两条)。
(2)“萃取”之前加入H2C2O4的主要目的是______________。
(3)“氧化”过程中发生的离子方程式是__________________。
(4)该工艺中加入氯化铵“沉钒”是回收钒的关键之一,加入氯化铵、氨水之后的操作是_______________________________________________________,该流程用到了过滤操作,过滤和萃取分液都需用到的一种玻璃仪器是____。
(5)工艺中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为____;也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液,该方法的化学方程式是 ___________________________________________。
【解析】根据工艺流程图分析,废钒催化剂在H2SO4酸浸下,V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+,Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+和Al3+,废渣1为SiO2,萃取前加入H2C2O4,将V还原为VO2+,再用KClO3氧化,将VO2+还原为V,反应方程式为3H2O+6VO2++Cl Cl-+6V+6H+,通过加入NH4Cl和氨水沉钒,煅烧得到V2O5,再加入6 mol·L-1的盐酸和N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl4VOCl2+N2↑+6H2O,VOCl2与NH4HCO3反应得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体。
(1)根据上述分析,废渣1主要成分为SiO2,其用途有制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等;(2)萃取前加入H2C2O4,目的是将V还原为VO2+,加强萃取效果;(3)加入KClO3氧化,将VO2+氧化为V,离子方程式为3H2O+6VO2++Cl Cl-+6V+6H+;(4)加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5,由③可知20～25 ℃时K2SO4溶解度最大,便于除去,故得到NH4VO5晶体的操作为蒸发至23 ℃(20～25 ℃均可)结晶,趁热过滤,过滤和萃取分液都需要用到的玻璃仪器为烧杯;(5)N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl4VOCl2+N2↑+6H2O,氧化产物为N2,还原产物为VOCl2,物质的量之比为化学计量数之比,则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶4,只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液时,反应方程式为6HCl(浓)+V2O52VOCl2+Cl2↑+3H2O。
答案:(1)制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等(填两条,合理即可)(2)将V还原为VO2+,利于后期萃取(3)3H2O+6VO2++Cl Cl-+6V+6H+(4)蒸发至23 ℃(20～25 ℃均可)结晶,趁热过滤烧杯(5)1∶46HCl(浓)+V2O52VOCl2+Cl2↑+3H2O3.(2020·南昌模拟)五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。
可从含钒石煤灰渣中提钒,该试验工艺流程如图:表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2O3MgO K2O CaO 烧失量1.26 55.71 6.34 7.54 1.26 3.19 1.41 20.55表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)V2O3Al2O3Fe2O3MgO K2O5.92 1.70 18.63 2.11 3.38已知:①石煤灰渣的化学成分分析见表1,中间盐的主要成分分析见表2。
②矿物焙烧过程中,若温度过高,易发生烧结,温度越高,烧结现象越严重。
③萃取反应可以表示为VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+,(o)表示有机相④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强。
请回答:(1)提高浸取率的方法有__________________________________________,残渣的主要成分为_______________________________________________。
(2)经几级萃取后,有时候要适当加酸调整pH,结合萃取反应方程式,说明原因__________________________________________________________________。
反萃取操作应加入______。
(3)中间盐溶解过程中,加铁粉的主要目的是______________________。
(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ)。
图1和图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响,由图2可得最佳焙烧时间为______h,由图1可得最佳焙烧温度为800～850 ℃,焙烧温度在850 ℃以下时,钒浸出率随焙烧温度的升高几乎直线上升的原因是 _____________________________,当焙烧温度超过850 ℃以后,再提高温度,浸出率反而下降的可能原因是。
(5)反萃取液中的VO2+,加入氯酸钠后被氧化为V,请写出该反应的离子方程式 ____________________________________________。
然后用氨水调节pH到1.9～ 2.2沉钒,得多钒酸铵沉淀[化学式为(NH4)2V12O31·n H2O],再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,请写出此步反应的化学方程式 ______________________。
【解析】(1)加热,提高酸的浓度,粉碎等均可提高浸取率;加硫酸酸浸后,二氧化硅会沉淀出来,则残渣的主要成分为SiO2;(2)萃取反应根据VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+可知,随着萃取过程的进行,水相中的氢离子浓度不断增大,pH有所下降,所以经几级萃取后需要调整pH,反萃取时,可加入适量硫酸溶液,使平衡向逆向移动,达到反萃取的目的;(3)由已知信息④可知,有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强,所以在中间盐溶液过程中,加入还原剂铁粉,可将V还原为VO2+,提高原料利用率,便于后续萃取操作;(4)图2可得浸出率随着焙烧时间呈增大趋势,其最佳焙烧时间在1.5～ 2.0 h均可;浸取率随温度的变化曲线如图1,其原因是850 ℃以前,随着焙烧温度的升高,反应速率加快,生成的高价钒化合物更多,因此浸出率上升;850 ℃以后,样品发生烧结,温度越高,烧结现象越严重,从而使钒的浸出率下降;(5)(NH4)2V12O31·n H2O再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,同时会有氨气与水生成,其化学方程式为(NH4)2V12O31·n H2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O。