V2O5(五氧化二釩)可作化學(xué)工業(yè)中的催化劑,廣泛用于冶金、化工等行業(yè)。工業(yè)上利用冶煉鋁生成的固體廢料一一赤泥(主要成分為Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金屬氧化物)提取V2O5其工藝流程圖如圖: 已知:①NH4VO3是白色粉末,微溶于冷水,可溶于熱水。 ②NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O ③V2O5是一種橙黃色片狀晶體,微溶于水,不溶于乙醇,具有強(qiáng)氧化性。 ④部分稀土金屬氯化物在乙醇中溶解度較小。 (1)“堿浸”時(shí)對(duì)赤泥進(jìn)行粉碎的目的是___。寫出濾液1中通入足量CO2時(shí)所發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式:___。 (2)將磁性產(chǎn)品加入稀硝酸溶解,取上層清液再加入KSCN溶液后未見紅色,寫出該磁性產(chǎn)品與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式:___。 (3)“洗滌”操作時(shí)可選用的洗滌劑有___。(填字母) A.冷水 B.熱水C.1%NH4Cl溶液 D.乙醇 (4)需在流動(dòng)空氣中灼燒的原因可能是___。 (5)將0.253g產(chǎn)品溶于強(qiáng)堿溶液中,加熱煮沸,調(diào)節(jié)pH為8~8.5,向反應(yīng)后的溶液中加入硫酸酸化的KI溶液(過(guò)量),溶液中的還原產(chǎn)物為V3+離子,滴加指示劑,用0.250mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,達(dá)到終點(diǎn)時(shí)消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL,則該產(chǎn)品的純度為___。 (已知:I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI,結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (6)水系鋅離子電池是一種新型二次電池,以Zn(CF3SO3)2(三氟甲磺酸鋅)為電解質(zhì),工作原理如圖。放電時(shí)V2O5電極上的電極反應(yīng)式為___。 【答案】 加快堿浸速率并使氧化鋁充分溶解 AlO+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO 3Fe+8H++2NO=3Fe2++2NO↑+4H2O AC 把生成的NH3及時(shí)帶走,防止V2O5與NH3發(fā)生氧化還原反應(yīng),影響純度與產(chǎn)率 89.9% V2O5+xZn2++2xe-=ZnxV2O5 【解析】 赤泥進(jìn)行堿浸,氧化鋁溶解形成偏鋁酸鹽,再通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀。濾渣1系列操作得到V2O5,可知濾渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金屬氧化物,進(jìn)行還原、磁選,磁性產(chǎn)品中含有Fe等,非磁性產(chǎn)品含有V元素,在空氣中焙燒后用鹽酸溶解,釩在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在,再加入氯化銨轉(zhuǎn)化為NH4VO3,焙燒得到V2O5,由溶液中存在平衡VO2++H2OVO3-+2H+,鹽酸過(guò)量會(huì)抑制生成NH4VO3,鹽酸溶解時(shí)不易過(guò)量。 (1)赤泥進(jìn)行堿浸,氧化鋁溶解形成偏鋁酸鹽,再通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀?!皦A浸”時(shí)對(duì)赤泥進(jìn)行粉碎的目的是:加快堿浸速率并使氧化鋁充分溶解。濾液1中通入足量CO2時(shí)所發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式:AlO+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO。故答案為:加快堿浸速率并使氧化鋁充分溶解;AlO+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO; (2)將磁性產(chǎn)品加入稀硝酸溶解,取上層清液再加入KSCN溶液后未見紅色,說(shuō)明生成的是亞鐵離子,該磁性產(chǎn)品與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式:3Fe+8H++2NO=3Fe2++2NO↑+4H2O。故答案為:3Fe+8H++2N=3Fe2++2NO↑+4H2O; (3)NH4VO3是白色粉末,微溶于冷水,可溶于熱水,NH4VO3在NH4Cl溶液中溶解度較小,“洗滌”操作時(shí)可選用的洗滌劑有冷水或1%NH4Cl溶液,雖然NH4VO3不溶于乙醇,但NH4VO3表面雜質(zhì),如NH4Cl不溶于乙醇,使用乙醇不能洗去沉淀表面的雜質(zhì),不選用乙醇。故答案為:AC; (4)根據(jù)信息,NH4VO4灼燒生成V2O5,因?yàn)閂2O5具有強(qiáng)氧化性,能與具有還原性NH3發(fā)生反應(yīng),從而影響產(chǎn)物的純度及產(chǎn)率。需在流動(dòng)空氣中灼燒的原因可能是把生成的NH3及時(shí)帶走,防止V2O5與NH3發(fā)生氧化還原反應(yīng),影響純度與產(chǎn)率。故答案為:把生成的NH3及時(shí)帶走,防止V2O5與NH3發(fā)生氧化還原反應(yīng),影響純度與產(chǎn)率; (5)根據(jù)I2和Na2S2O3發(fā)生反應(yīng)的方程式I2+2Na2S2O3═Na2S4O6+2NaI可知,消耗n(I2)= n(Na2S2O3)=×20.00×10-3L×0.250mol·L-1=2.5×10-3mol,根據(jù)得失電子數(shù)目守恒,n(V2O5)×2×2=n(I2)×2,解得:n(V2O5)=1.25×10-3mol,則m(V2O5)=1.25×10-3×182g=0.2275g,則該產(chǎn)品的純度為:×100%=89.9%; 故答案為:89.9%; (6)放電時(shí),鋅作負(fù)極,失電子,V2O5在正極上得電子,發(fā)生還原反應(yīng),生成ZnxV2O5,放電時(shí)V2O5電極上的電極反應(yīng)式為V2O5+xZn2++2xe-=ZnxV2O5。 故答案為:V2O5+xZn2++2xe-=ZnxV2O5。 |
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