江苏省2021高考化学二轮复习必考大题专项练3工艺流程题补充练习-钒课件

(2)工艺流程题补充练习——钒(2)工艺流程题补充练习——钒1.钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法生产硫酸中使用的催化剂(主要成分V2O5、V2O4)。利用废催化剂回收制备V2O5的工艺流程如下:1.钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法已知:20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2回答下列问题:(1)步骤①为提高浸取效率采取方法有________________(任写两条)。

(2)步骤②中反应的氧化剂是________。

(3)步骤③中被还原为Cl-,该反应的离子方程式为________。已知:20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2(4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如图,为提高交换效率应控制的pH范围是___________________________。

(5)步骤⑤所发生反应的离子方程式为___________________________。

若母液中的浓度为1.0mol·L-1,c(V)=____________________。

(4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如图,为提高交换效率(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为电极反应的活性物质。一种全钒电池原理如图,放电时H+从右向左移动。写出充电时阳极的电极反应式_____________________________,

当转移0.1mol电子时,转移H+的物质的量为___________mol。(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子【解析】(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率,因此,可采用增大接触面积(粉碎废催化剂)、升高浸取温度或搅拌等手段;(2)步骤②中的反应方程式为2V2O5+2Na2SO4====4NaVO3+2SO2↑+O2↑,根据化合价变化判断只有S:+6→+4,化合价降低,发生了还原反应,O:-2→0化合价升高,发生了氧化反应,所以氧化剂为Na2SO4;(3)分析参与氧化还原反应的离子,根据电子转移守恒配平,考虑反应条件为碱性环境,反应前加OH-,反应后生成水。即为6VO2+++18OH-====6V+Cl-+9H2O。【解析】(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率,因此,可采用(4)从图中可知pH为6～8时交换效率最高;(5)由NaVO3经沉钒得生成物NH4VO3知,此反应的离子反应方程式:+V====NH4VO3↓,已知:20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2,的浓度为1.0mol·L-1,代入溶度积常数的表达式c()·c(V)=1.68×10-2,所以c(V)=1.68×10-2mol·L-1;(4)从图中可知pH为6～8时交换效率最高;(5)由NaVO(6)放电时H+从右向左移动,则充电时H+从左向右移动,表明电解池(充电时)的阳极为左泵、阴极为右泵,所以阳极反应为VO2++H2O-e-====V+2H+。当外电路转移0.1mol电子时,可知溶液中必转移0.1molH+。在阳极有0.1molVOSO4变为了0.05mol(VO2)2SO4+0.05mol,产生的0.2molH+将有0.1mol匹配,0.1mol移向右泵(阴极)。(6)放电时H+从右向左移动,则充电时H+从左向右移动,表明答案:(1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌(任写两条)(2)Na2SO4(3)6VO2+++18OH-====6V+Cl-+9H2O(4)6～8(5)+V====NH4VO3↓1.68×10-2mol·L-1(6)VO2++H2O-e-====V+2H+

0.1答案:(1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌(任写两条)2.(2020·天津河东区模拟)钒被誉为“现代工业的味精”,是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料,其氧化物二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料,五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。下列某化学小组从废钒催化剂(V2O5、V2O4、K2SO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等)中回收V2O5并且利用回收的V2O5制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体2.(2020·天津河东区模拟)钒被誉为“现代工业的味精”,已知:①“酸浸”时V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+;②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取V要强。已知:①“酸浸”时V2O5转化为V,V2O4转化为V回答下列问题:(1)写出“废渣1”的主要成分的用途____(填两条)。

(2)“萃取”之前加入H2C2O4的主要目的是______________。

(3)“氧化”过程中发生的离子方程式是______________。

(4)该工艺中加入氯化铵“沉钒”是回收钒的关键之一,加入氯化铵、氨水之后的操作是_______,

该流程用到了过滤操作,过滤和萃取分液都需用到的一种玻璃仪器是________。

回答下列问题:(5)工艺中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为____________;也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液,该方法的化学方程式是________________________。

(5)工艺中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该【解析】根据工艺流程图分析,废钒催化剂在H2SO4酸浸下,V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+,Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+和Al3+,废渣1为SiO2,萃取前加入H2C2O4,将V还原为VO2+,再用KClO3氧化,将VO2+还原为V,反应方程式为3H2O+6VO2++====Cl-+6V+6H+,通过加入NH4Cl和氨水沉钒,煅烧得到V2O5,再加入6mol·L-1的盐酸和N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl====4VOCl2+N2↑+6H2O,VOCl2与NH4HCO3反应得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体。【解析】根据工艺流程图分析,废钒催化剂在H2SO4酸浸下,V(1)根据上述分析,废渣1主要成分为SiO2,其用途有制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等;(2)萃取前加入H2C2O4,目的是将V还原为VO2+,加强萃取效果;(3)加入KClO3氧化,将VO2+氧化为V,离子方程式为3H2O+6VO2++====

Cl-+6V+6H+;(1)根据上述分析,废渣1主要成分为SiO2,其用途有制作石(4)加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5,由③可知20～25℃时K2SO4溶解度最大便于除去,故得到NH4VO5晶体的操作为蒸发至23℃(20～25℃均可)结晶,趁热过滤,过滤和萃取分液都需要用到的玻璃仪器为烧杯;(5)N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl====4VOCl2+N2↑+6H2O,氧化产物为N2,还原产物为VOCl2,物质的量之比为化学计量数之比,则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶4,只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液时,反应方程式为6HCl(浓)+V2O5====2VOCl2+Cl2↑+3H2O。(4)加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5,由③可知20～答案:(1)制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等(填两条,合理即可)

(2)将V还原为VO2+,利于后期萃取(3)3H2O+6VO2++====Cl-+6V+6H+

(4)蒸发至23℃(20～25℃均可)结晶,趁热过滤烧杯(5)1∶4

6HCl(浓)+V2O5====2VOCl2+Cl2↑+3H2O答案:(1)制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材【加固训练】(2020·南昌模拟)五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。可从含钒石煤灰渣中提钒,该试验工艺流程如图:【加固训练】表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2O3MgOK2OCaO烧失量1.2655.716.347.541.263.191.4120.55表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)V2O3Al2O3Fe2O3MgOK2O5.921.7018.632.113.38表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)V2O3已知:①石煤灰渣的化学成分分析见表1,中间盐的主要成分分析见表2。②矿物焙烧过程中,若温度过高,易发生烧结,温度越高,烧结现象越严重。③萃取反应可以表示为VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+,(o)表示有机相④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强。已知:请回答:(1)提高浸取率的方法有__________________________________________,

残渣的主要成分为____________________________________________。

(2)经几级萃取后,有时候要适当加酸调整pH,结合萃取反应方程式,说明原因________________________________________________________________。

反萃取操作应加入____________________________________。

(3)中间盐溶解过程中,加铁粉的主要目的是___________________________。

请回答:(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ)。图1和图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响,由图2可得最佳焙烧时间为______h,由图1可得最佳焙烧温度为800～850℃,焙烧温度在850℃以下时,钒浸出率随焙烧温度的升高几乎直线上升的原因是______________________________,

当焙烧温度超过850℃以后,再提高温度,浸出率反而下降的可能原因是________________________________________。(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ江苏省2021高考化学二轮复习必考大题专项练3工艺流程题补充练习__钒课件(5)反萃取液中的VO2+,加入氯酸钠后被氧化为V,请写出该反应的离子方程式_____________________。

然后用氨水调节pH到1.9～2.2沉钒,得多钒酸铵沉淀[化学式为(NH4)2V12O31·nH2O],再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,请写出此步反应的化学方程式_____________________。

(5)反萃取液中的VO2+,加入氯酸钠后被氧化为V,请【解析】(1)加热,提高酸的浓度,粉碎等均可提高浸取率;加硫酸酸浸后,二氧化硅会沉淀出来,则残渣的主要成分为SiO2;(2)萃取反应根据VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+可知,随着萃取过程的进行,水相中的氢离子浓度不断增大,pH有所下降,所以经几级萃取后需要调整pH,反萃取时,可加入适量硫酸溶液,使平衡向逆向移动,达到反萃取的目的;(3)由已知信息④可知,有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强,所以在中间盐溶液过程中,加入还原剂铁粉,可将V还原为VO2+,提高原料利用率,便于后续萃取操作;【解析】(1)加热,提高酸的浓度,粉碎等均可提高浸取率;加硫(4)图2可得浸出率随着焙烧时间呈增大趋势,其最佳焙烧时间在1.5～2.0h均可;浸取率随温度的变化曲线如图1,其原因是850℃以前,随着焙烧温度的升高,反应速率加快,生成的高价钒化合物更多,因此浸出率上升;850℃以后,样品发生烧结,温度越高,烧结现象越严重,从而使钒的浸出率下降;(5)(NH4)2V12O31·nH2O再经固液分离、干燥、焙烧得五氧化二钒产品,同时会有氨气与水生成,其化学方程式为(NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O。(4)图2可得浸出率随着焙烧时间呈增大趋势,其最佳焙烧时间在答案:(1)加热,提高酸的浓度,粉碎等SiO2(2)随着萃取过程的进行,水相中的pH有所下降,所以经几级萃取后需要调整pH

H2SO4溶液(3)将V还原为VO2+(4)1.5～2.0

850℃以前,随着焙烧温度的升高,反应速率加快,生成的高价钒化合物更多,因此浸出率上升850℃以后,样品发生烧结,温度越高,烧结现象越严重,从而使钒的浸出率下降答案:(1)加热,提高酸的浓度,粉碎等SiO2(5)3H2O+6VO2++====Cl-+6V+6H+(NH4)2V12O31·nH2O6V2O5+2NH3↑+(n+1)H2O(5)3H2O+6VO2++====Cl-+6V(2)工艺流程题补充练习——钒(2)工艺流程题补充练习——钒1.钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法生产硫酸中使用的催化剂(主要成分V2O5、V2O4)。利用废催化剂回收制备V2O5的工艺流程如下:1.钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法已知:20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2回答下列问题:(1)步骤①为提高浸取效率采取方法有________________(任写两条)。

(2)步骤②中反应的氧化剂是________。

(3)步骤③中被还原为Cl-,该反应的离子方程式为________。已知:20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2(4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如图,为提高交换效率应控制的pH范围是___________________________。

(5)步骤⑤所发生反应的离子方程式为___________________________。

若母液中的浓度为1.0mol·L-1,c(V)=____________________。

(4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如图,为提高交换效率(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、V)为电极反应的活性物质。一种全钒电池原理如图,放电时H+从右向左移动。写出充电时阳极的电极反应式_____________________________,

当转移0.1mol电子时,转移H+的物质的量为___________mol。(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子【解析】(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率,因此,可采用增大接触面积(粉碎废催化剂)、升高浸取温度或搅拌等手段;(2)步骤②中的反应方程式为2V2O5+2Na2SO4====4NaVO3+2SO2↑+O2↑,根据化合价变化判断只有S:+6→+4,化合价降低,发生了还原反应,O:-2→0化合价升高,发生了氧化反应,所以氧化剂为Na2SO4;(3)分析参与氧化还原反应的离子,根据电子转移守恒配平,考虑反应条件为碱性环境,反应前加OH-,反应后生成水。即为6VO2+++18OH-====6V+Cl-+9H2O。【解析】(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率,因此,可采用(4)从图中可知pH为6～8时交换效率最高;(5)由NaVO3经沉钒得生成物NH4VO3知,此反应的离子反应方程式:+V====NH4VO3↓,已知:20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2,的浓度为1.0mol·L-1,代入溶度积常数的表达式c()·c(V)=1.68×10-2,所以c(V)=1.68×10-2mol·L-1;(4)从图中可知pH为6～8时交换效率最高;(5)由NaVO(6)放电时H+从右向左移动,则充电时H+从左向右移动,表明电解池(充电时)的阳极为左泵、阴极为右泵,所以阳极反应为VO2++H2O-e-====V+2H+。当外电路转移0.1mol电子时,可知溶液中必转移0.1molH+。在阳极有0.1molVOSO4变为了0.05mol(VO2)2SO4+0.05mol,产生的0.2molH+将有0.1mol匹配,0.1mol移向右泵(阴极)。(6)放电时H+从右向左移动,则充电时H+从左向右移动,表明答案:(1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌(任写两条)(2)Na2SO4(3)6VO2+++18OH-====6V+Cl-+9H2O(4)6～8(5)+V====NH4VO3↓1.68×10-2mol·L-1(6)VO2++H2O-e-====V+2H+

0.1答案:(1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌(任写两条)2.(2020·天津河东区模拟)钒被誉为“现代工业的味精”,是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料,其氧化物二氧化钒(VO2)是一种新型热敏材料,五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。下列某化学小组从废钒催化剂(V2O5、V2O4、K2SO4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等)中回收V2O5并且利用回收的V2O5制备VO2的氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体2.(2020·天津河东区模拟)钒被誉为“现代工业的味精”,已知:①“酸浸”时V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+;②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取V要强。已知:①“酸浸”时V2O5转化为V,V2O4转化为V回答下列问题:(1)写出“废渣1”的主要成分的用途____(填两条)。

(2)“萃取”之前加入H2C2O4的主要目的是______________。

(3)“氧化”过程中发生的离子方程式是______________。

(4)该工艺中加入氯化铵“沉钒”是回收钒的关键之一,加入氯化铵、氨水之后的操作是_______,

该流程用到了过滤操作,过滤和萃取分液都需用到的一种玻璃仪器是________。

回答下列问题:(5)工艺中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为____________;也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液,该方法的化学方程式是________________________。

(5)工艺中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体,该【解析】根据工艺流程图分析,废钒催化剂在H2SO4酸浸下,V2O5转化为V,V2O4转化为VO2+,Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+和Al3+,废渣1为SiO2,萃取前加入H2C2O4,将V还原为VO2+,再用KClO3氧化,将VO2+还原为V,反应方程式为3H2O+6VO2++====Cl-+6V+6H+,通过加入NH4Cl和氨水沉钒,煅烧得到V2O5,再加入6mol·L-1的盐酸和N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl====4VOCl2+N2↑+6H2O,VOCl2与NH4HCO3反应得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体。【解析】根据工艺流程图分析,废钒催化剂在H2SO4酸浸下,V(1)根据上述分析,废渣1主要成分为SiO2,其用途有制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等;(2)萃取前加入H2C2O4,目的是将V还原为VO2+,加强萃取效果;(3)加入KClO3氧化,将VO2+氧化为V,离子方程式为3H2O+6VO2++====

Cl-+6V+6H+;(1)根据上述分析,废渣1主要成分为SiO2,其用途有制作石(4)加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5,由③可知20～25℃时K2SO4溶解度最大便于除去,故得到NH4VO5晶体的操作为蒸发至23℃(20～25℃均可)结晶,趁热过滤,过滤和萃取分液都需要用到的玻璃仪器为烧杯;(5)N2H4·2HCl与V2O5反应得到VOCl2,反应方程式为6HCl+2V2O5+N2H4·2HCl====4VOCl2+N2↑+6H2O,氧化产物为N2,还原产物为VOCl2,物质的量之比为化学计量数之比,则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶4,只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液时,反应方程式为6HCl(浓)+V2O5====2VOCl2+Cl2↑+3H2O。(4)加入氯化铵、氨水之后得到NH4VO5,由③可知20～答案:(1)制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材料等(填两条,合理即可)

(2)将V还原为VO2+,利于后期萃取(3)3H2O+6VO2++====Cl-+6V+6H+

(4)蒸发至23℃(20～25℃均可)结晶,趁热过滤烧杯(5)1∶4

6HCl(浓)+V2O5====2VOCl2+Cl2↑+3H2O答案:(1)制作石英玻璃、光导纤维、光学仪器、工艺品、耐火材【加固训练】(2020·南昌模拟)五氧化二钒及其他钒的化合物广泛应用于钢铁、有色合金、化工、炼油、玻璃及陶瓷等工业部门。可从含钒石煤灰渣中提钒,该试验工艺流程如图:【加固训练】表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2O3MgOK2OCaO烧失量1.2655.716.347.541.263.191.4120.55表1灰渣主要化学成分分析/%V2O3SiO2Fe2O3Al2表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)V2O3Al2O3Fe2O3MgOK2O5.921.7018.632.113.38表2中间盐主要成分分析/%(以氧化物形式表示其含量)V2O3已知:①石煤灰渣的化学成分分析见表1,中间盐的主要成分分析见表2。②矿物焙烧过程中,若温度过高,易发生烧结,温度越高,烧结现象越严重。③萃取反应可以表示为VO2++(HR2)PO4(o)VO[R2PO4]R(o)+H+,(o)表示有机相④有机萃取剂(HR2)PO4萃取VO2+的能力比萃取V要强。已知:请回答:(1)提高浸取率的方法有__________________________________________,

残渣的主要成分为____________________________________________。

(2)经几级萃取后,有时候要适当加酸调整pH,结合萃取反应方程式,说明原因________________________________________________________________。

反萃取操作应加入____________________________________。

(3)中间盐溶解过程中,加铁粉的主要目的是___________________________。

请回答:(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ)。图1和图2分别为焙烧温度和焙烧时间对钒浸出率的影响,由图2可得最佳焙烧时间为______h,由图1可得最佳焙烧温度为800～850℃,焙烧温度在850℃以下时,钒浸出率随焙烧温度的升高几乎直线上升的原因是______________________________,

当焙烧温度超过850℃以后,再提高温度,浸出率反而下降的可能原因是________________________________________。(4)石煤中的钒以V(Ⅲ)为主,有部分V(Ⅳ),很少见V(Ⅴ江苏省2021高考化学二轮复习必考大题专项练3工艺流程题补充练习__钒课件(5)