Question

【題目】釩及其化合物在特種鋼材的生產(chǎn)、高效催化劑的制備及航天工業(yè)中用途廣泛。工業(yè)上以富釩爐渣(主要成分為V2O5，含少量Fe2O3和FeO等雜質(zhì))為原料提取五氧化二釩的工藝流程如圖所示：

(1)五氧化二釩中釩的化合價為__。

(2)焙燒爐中發(fā)生的主要反應(yīng)化學(xué)方程式為__；也可用氯化鈉和氧氣代替純堿進行焙燒反應(yīng)，寫出對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式__，該方法的缺點是：__。

(3)已知NH4VO3難溶于水，在水中的Ksp曲線如圖1所示，則在實驗中進行操作A所需要的玻璃儀器有__；向10mL含NaVO30.2mol/L的濾液中加入等體積的NH4Cl溶液（忽略混合過程中的體積變化），欲使VO3-沉淀完全，則NH4Cl溶液的最小濃度為__。(當(dāng)溶液中某離子濃度小于1×10-5mol/L時，認為該離子沉淀完全)

(4)為研究煅燒過程中發(fā)生的化學(xué)變化，某研究小組取234gNH4VO3進行探究，焙燒過程中減少的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖2所示，則C點所得物質(zhì)化學(xué)式為__，寫出CD段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：__。

Answer 1

【答案】+5價 V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑ 2V2O5+4NaCl+O24NaVO3+2Cl2 產(chǎn)生有毒氣體氯氣，污染環(huán)境 燒杯、漏斗和玻璃棒 0.206mol/L HVO3 2HVO3V2O5+H2O

【解析】

(1)富釩爐渣(主要成分為V2O5，含少量Fe2O3和FeO等雜質(zhì))加入純堿焙燒，則發(fā)生V2O5與Na2CO3反應(yīng)，生成NaVO3和CO2；加水浸提，此時NaVO3及過量的Na2CO3溶解在水中形成溶液，Fe2O3和FeO等不溶而成為濾渣。濾液中加入NH4Cl、H2SO4后，NaVO3與NH4Cl反應(yīng)生成NH4VO3和NaCl，Na2CO3與H2SO4反應(yīng)生成Na2SO4、H2O和CO2氣體；因為NH4VO3難溶于水，所以過濾所得濾渣為NH4VO3，高溫煅燒生成V2O5。

(2)提取坐標(biāo)圖象中的數(shù)據(jù)，可得出當(dāng)c(NH4+)=1×10-4mol/L，溶解達平衡，此時c(VO3-)=3×10-4mol/L，由此可求出Ksp=1×10-4×3×10-4=3×10-8。加入NH4Cl溶液，作用有兩個，一個是將VO3-轉(zhuǎn)化為沉淀，另一個是使溶液中VO3-與NH4+的濃度積滿足溶度積關(guān)系。

(3)在分析熱重曲線時，先預(yù)測反應(yīng)產(chǎn)物，再計算證實。NH4VO3熱分解，應(yīng)先生成酸，然后再再分解生成氧化物。

(1)五氧化二釩中，O顯-2價，依據(jù)化合價的代數(shù)和為0，可求出釩的化合價為+5。答案為：+5；

(2)焙燒爐中，V2O5與Na2CO3反應(yīng)生成NaVO3和CO2，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑；用氯化鈉和氧氣代替純堿進行焙燒反應(yīng)，則應(yīng)生成NaVO3和Cl2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2V2O5+4NaCl+O24NaVO3+2Cl2；從反應(yīng)方程式可以看出，有Cl2生成，則該方法的缺點是：產(chǎn)生有毒氣體氯氣，污染環(huán)境。答案為：V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑；2V2O5+4NaCl+O24NaVO3+2Cl2；產(chǎn)生有毒氣體氯氣，污染環(huán)境；

(3)從以上分析可知，操作A為過濾，所需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒；

由反應(yīng)NaVO3+NH4Cl== NH4VO3↓NaCl，可求出反應(yīng)所需n(NaVO3)=0.01L×0.2mol/L=2×10-3mol；由Ksp=3×10-8，c(VO3-)=1×10-5mol/L，可求出混合溶液中，c(NH4+)=3×10-3mol/L，則NH4Cl溶液的最小濃度為=0.206mol/L。答案為：燒杯、漏斗和玻璃棒；0.206mol/L；

(4)n(NH4VO3)==2mol，C點所得產(chǎn)物中，n(V)=2mol，M==100/mol，100剛好為HVO3的相對分子質(zhì)量，從而得出C點產(chǎn)物為HVO3。在D點，剩余固體質(zhì)量為234g-52g=182g，此時含V的質(zhì)量為2mol×51g/mol/=102g，則含O的質(zhì)量為182g-102g=80g，n(O)==5mol，從而得出D點產(chǎn)物的化學(xué)式為V2O5，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2HVO3V2O5+H2O。答案為：HVO3；2HVO3V2O5+H2O。