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:
金屬離子 | Fe3+ | Fe2+ | Al3+ | Mn2+ |
開始沉澱pH | 1.9 | 7.0 | 3.0 | 8.1 |
完全沉澱pH | 3.2 | 9.0 | 4.7 | 10.1 |
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+轉化為反應的離子方程式___________。
(3)“中和沉澱”中,釩水解並沉澱為,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,轉化為釩*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,釩水解並沉澱為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+部分轉化為Fe(OH)3沉澱,部分Al3+轉化為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轉化為釩*鹽溶解,Al(OH)3轉化為NaAlO2,則濾渣③的主要成分為Fe(OH)3;濾液③中含釩*鹽、偏鋁**,加入HCl調pH=8.5,NaAlO2轉化為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:升高温度,加快*浸和氧化反應速率(促進氧化完全),故*為: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,反應的離子方程式為MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;VO+轉化為時,釩元素的化合價由+3價升至+5價,1molVO+失去2mol電子,MnO2被還原為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+轉化為反應的離子方程式為VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O,故*為:Fe2+,VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O;
(3)根據分析,“中和沉澱”中,釩水解並沉澱為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*為:Mn2+,Fe3+、Al3+;
(4)根據分析,濾渣③的主要成分是Fe(OH)3,故*為: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*為: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*為: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的工藝流程為載體,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