釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅*鹽，以及SiO2、Fe3O...

問題詳情：

釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅*鹽，以及SiO2、Fe3O4。採用以下工藝流程可由黏土釩礦製備NH4VO3。

該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉澱和完全沉澱的pH如下表所示：

回答下列問題：

(1)“*浸氧化”需要加熱，其原因是___________。

(2)“*浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成，同時還有___________離子被氧化。寫出VO+轉化爲反應的離子方程式___________。

(3)“中和沉澱”中，釩水解並沉澱爲，隨濾液②可除去金屬離子K+、Mg2+、Na+、___________，以及部分的___________。

(4)“沉澱轉溶”中，轉化爲釩*鹽溶解。濾渣③的主要成分是___________。

(5)“調pH”中有沉澱生產，生成沉澱反應的化學方程式是___________。

(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是___________。

【回答】

加快*浸和氧化反應速率（促進氧化完全）    Fe2+    VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O    Mn2+    Fe3+、Al3+    Fe(OH)3    NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O    利用同離子效應，促進NH4VO3儘可能析出完全   

【分析】

黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅*鹽，以及SiO2、Fe3O4，用30%H2SO4和MnO2“*浸氧化”時VO+和VO2+被氧化成，Fe3O4與硫*反應生成的Fe2+被氧化成Fe3+，SiO2此過程中不反應，濾液①中含有、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、；濾液①中加入NaOH調節pH=3.0~3.1，釩水解並沉澱爲V2O5·xH2O，根據表中提供的溶液中金屬離子開始沉澱和完全沉澱的pH，此過程中Fe3+部分轉化爲Fe(OH)3沉澱，部分Al3+轉化爲Al(OH)3沉澱，濾液②中含有K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、，濾餅②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，濾餅②中加入NaOH使pH>13，V2O5·xH2O轉化爲釩*鹽溶解，Al(OH)3轉化爲NaAlO2，則濾渣③的主要成分爲Fe(OH)3；濾液③中含釩*鹽、偏鋁**，加入HCl調pH=8.5，NaAlO2轉化爲Al(OH)3沉澱而除去；最後向濾液④中加入NH4Cl“沉釩”得到NH4VO3。

【詳解】

(1)“*浸氧化”需要加熱，其原因是：升高溫度，加快*浸和氧化反應速率（促進氧化完全），故*爲：加快*浸和氧化反應速率（促進氧化完全）；

(2)“*浸氧化”中，釩礦粉中的Fe3O4與硫*反應生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化*，Fe2+具有還原*，則VO+和VO2+被氧化成的同時還有Fe2+被氧化，反應的離子方程式爲MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；VO+轉化爲時，釩元素的化合價由+3價升至+5價，1molVO+失去2mol電子，MnO2被還原爲Mn2+，Mn元素的化合價由+4價降至+2價，1molMnO2得到2mol電子，根據得失電子守恆、原子守恆和電荷守恆，VO+轉化爲反應的離子方程式爲VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O，故*爲：Fe2+，VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O；

(3)根據分析，“中和沉澱”中，釩水解並沉澱爲V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故*爲：Mn2+，Fe3+、Al3+；

(4)根據分析，濾渣③的主要成分是Fe(OH)3，故*爲：Fe(OH)3；

(5)“調pH”中有沉澱生成，是NaAlO2與HCl反應生成Al(OH)3沉澱，生成沉澱反應的化學方程式是NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O，故*爲：NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O。

(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是：增大NH4+離子濃度，利用同離子效應，促進NH4VO3儘可能析出完全，故*爲：利用同離子效應，促進NH4VO3儘可能析出完全。

【點睛】

本題以黏土釩礦製備NH4VO3的工藝流程爲載體，考查流程的分析、物質的分離和提純、反應方程式的書寫等，解題的關鍵是根據物質的流向分析每一步驟的作用和目的。

知識點：氧化還原反應

題型：綜合題