Question

13．以沉淀法除去工業(yè)級偏釩酸銨（NH₄VO₃）中硅、磷元素雜質的流程如圖1：

（1）堿熔時，下列措施有利于NH₃逸出的是ac．
a．升溫               b． 加壓              c．增大NaOH溶液濃度
（2）濾渣主要成分為Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃，已知K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=6.4×10^-26，K_sp（MgSiO₃）=2.3×10^-5．若濾液中c（PO${\;}_{4}^{3-}$）≤10^-6 mol•L^-1，則c（Mg²⁺）至少為4×10^-5mol•L^-1．
（3）由圖2可知，加入一定量的MgSO₄溶液作沉淀劑．隨著溫度升高，除磷率下降，其原因是Mg₃（PO₄）₂溶解度增大、升溫促進Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂；隨著溫度升高，除硅率增大，其原因是SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）（用離子方程式表示）．
（4）沉釩時，反應溫度需控制在50℃，在實驗室可采取的措施為50℃水浴加熱．在此溫度和pH=8的最佳條件下，探究NH₄Cl的濃度對沉釩率的影響，設計實驗步驟（常見試劑任選）：取兩份10mL一定濃度的濾液A和B，分別加入1mL和 10mL的1mol•L^-1NH₄Cl溶液，向A中加入約9mL蒸餾水，使兩份溶液總體積相等（A或B）中加入約9mL蒸餾水，使兩份溶液總體積相等，控制兩份溶液溫度均為50℃、pH均為8，由專用儀器測定沉釩率．（忽略混合過程中溶液體積的變化）
（5）高純的偏釩酸銨灼燒可制備新型光電材料V₂O₅，該反應的化學方程式為2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$V₂O₅+2NH₃↑+H₂O．

Answer 1

分析 以沉淀法除去工業(yè)級偏釩酸銨（NH₄VO₃）中硅、磷元素雜質的流程為：在偏釩酸銨中加氫氧化鈉溶液，將偏釩酸銨溶解，銨鹽遇到強堿生成氨氣，再加鹽酸調節(jié)溶液的pH值，加硫酸鎂，生成Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃沉淀，過濾除去濾渣，在濾液中加氯化銨得偏釩酸銨，
（1）根據氣體在水中溶解度的影響因素可知，升溫、減壓都可以減小氣體的溶解度，由于氨氣在水中形成氨水能電離出氫氧根離子，根平衡移動原理，增加氫氧根濃度可以減小氨氣 的溶解度，據此答題；
（2）根據K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=c³（Mg²⁺）c²（PO₄^3-），結合c（PO₄^3-）≤10^-6 mol•L^-1進行計算；
（3）根據影響鹽類水解的因素可知，升高溫度水解程度增大，鎂離子、硅酸根離子都是易水解的離子；
（4）反應溫度需控制在50℃可以用水浴，探究NH₄Cl的濃度對沉釩率的影響，為要有可比性，兩溶液的體積必須相等；
（5）高純的偏釩酸銨灼燒生成V₂O₅，根據元素守恒可知，還應有氨氣和水產生，據此書寫化學方程式；

解答 解：以沉淀法除去工業(yè)級偏釩酸銨（NH₄VO₃）中硅、磷元素雜質的流程為：在偏釩酸銨中加氫氧化鈉溶液，將偏釩酸銨溶解，銨鹽遇到強堿生成氨氣，再加鹽酸調節(jié)溶液的pH值，加硫酸鎂，生成Mg₃（PO₄）₂、MgSiO₃沉淀，過濾除去濾渣，在濾液中加氯化銨得偏釩酸銨，
（1）根據氣體在水中溶解度的影響因素可知，升溫、減壓都可以減小氣體的溶解度，故選a，由于氨氣在水中形成氨水能電離出氫氧根離子，根平衡移動原理，增加氫氧根濃度可以減小氨氣 的溶解度，故選c，
故答案為：ac；
（2）根據K_sp[Mg₃（PO₄）₂]=c³（Mg²⁺）c²（PO₄^3-）可知，當c（PO₄^3-）=10^-6 mol•L^-1時，c（Mg²⁺）=$\root{3}{\frac{6.4×10{\;}^{-26}}{（10{\;}^{-6}）{\;}^{2}}}$=4×10^-5mol•L^-1，
故答案為：4×10^-5；
（3）根據影響鹽類水解的因素可知，升高溫度水解程度增大，鎂離子、硅酸根離子都是易水解的離子，所以升溫促進Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂，使硅酸根水解生成硅沉淀，反應的離子方程式為SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-），
故答案為：升溫促進Mg²⁺水解生成Mg（OH）₂；SiO₃^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂SiO₃↓+2OH^-（或者SiO₃^2-+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₄SiO₄↓+2OH^-）；
（4）反應溫度需控制在50℃可以用水浴加熱，探究NH₄Cl的濃度對沉釩率的影響，為要有可比性，兩溶液的體積必須相等，所以要 向A中加入約9 mL蒸餾水，使兩份溶液總體積相等，
故答案為：50℃水浴加熱；A中加入約9 mL蒸餾水，使兩份溶液總體積相等；
（5）高純的偏釩酸銨灼燒生成V₂O₅，根據元素守恒可知，還應有氨氣和水產生，反應的化學方程式為2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$V₂O₅+2 NH₃↑+H₂O，
故答案為：2NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$V₂O₅+2 NH₃↑+H₂O．

點評 本題考查了制備實驗方案的設計，涉及到氧化還原反應、鹽類的水解原理的應用、實驗方案的完善等，難度中等，側重對學生分析問題的能力考查．