人教微专题18 金属及其化合物制备流程（V）-备战2022年高考化学考点微专题（解析版）.doc

微专题18 金属及其化合物制备流程（V）
钒:元素符号V，原子序数23，原子量50.94，外围电子排布3d34s2，位于第四周期VB族。
一、物理性质：
银白色金属，有良好的延展性。密度 5.96克/厘米3，熔点 1890±10℃，沸点3380℃，主要化合价+2、+3、+4、+5。
二、化学性质：
常温下化学性质不活动，有较强的耐腐蚀性，不与空气、水反应，也不和非氧化性酸及强碱溶液反应。能溶于氢***酸、***和王水。高温条件下，钒和氧、氮、碳能反应。
三、用途：
主要用于制合金钠和催化剂。1830年瑞典的塞夫斯唐姆发现了钒。主要矿物有钒酸钾铀矿、铅钒矿等。用钙还原五氧化二钒或用镁还原三***化钒制得。
四、五氧化二钒提取工艺
传统工艺
（1）国内目前的提钒工艺多为食盐钠化焙烧工艺流程。
 
（2）无盐焙烧-酸浸-溶剂萃取工艺：
无盐焙烧-酸浸-溶剂萃取工艺一般包括焙烧、酸浸、沉钒、制偏钒酸铵和煅烧几个步骤 。
【专题精练】
1．(2021届山东寿光高三月考)五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用的催化剂等。从废钒催化剂中(含有K2SO4、V2O5、V2O4、SiO2、Fe2O3、Al2O3等)回收钒，既能避免对环境的污染，又能节约宝贵的资源。回收工艺流程如下：
已知：①“酸浸”时V2O5和V2O4先与稀硫酸反应分别生成和VO2+。
②有机萃取剂萃取VO2+的能力比萃取的能力强。
③溶液中与可相互转化：+H2O+2H+
(1)“酸浸”时，FeSO4参与反应的化学方程式为___________。
(2)“萃取”和“反萃取”时，将发生R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)(R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)，“反萃取”加入试剂___________。(填化学式)假设“滤液2”中c(VO2+)=amol·L—1，“萃取”和“反萃取”每进行一次，VO2+萃取率为90％，4次操作后，“滤液2”中残留的c(VO2+)=___________mol·L-1.(萃取率=×100％)
(3)“氧化”过程中发生反应的离子方程式为___________。
(4)“沉钒”时，通入氨气的作用是___________，以沉钒率(NH4VO3沉淀中V的质量和废催化剂V的质量之比)表示该步反应钒的回收率。请解释下图温度超过80℃以后，沉钒率下降的可能原因是___________。
(5)该工艺流程中，可以循环使用的物质有___________。
【答案】(1) (VO2)2SO4+2FeSO4+2H2SO4=2VOSO4+Fe2(SO4)3+2H2O (2) H2SO4 10-4a (3)3H2O++6VO2+=6+Cl-+6H+ (4) 使+H2O2+2H+正向移动，将转化为，同时增大浓度，使NH4VO3(s) (aq)+(aq)逆向移动使NH4VO3尽可能沉淀析出 原因1：温度升高，NH4VO3溶解度增大，沉钒率下降；原因2：温度升高，氨水、NH4Cl受热分解逸出溶液，使浓度下降，沉钒率下降；原因3：温度升高，氨水受热分解逸出溶液，使OH-浓度下降，+H2O
+2H+，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降；原因4：平衡+H2O+2H+，正反应可能是放热反应，温度升高，该平衡逆移，导致浓度下降，沉钒率下降。 (5) 有机物(有机萃取剂)、NH3和H2O
【解析】
(1)由上分析可知，“酸浸”时，FeSO4与(VO2)2SO4发生氧化还原反应，生成VOSO4和Fe2(SO4)3，化学方程式为(VO2)2SO4+2FeSO4+2H2SO4=2VOSO4+Fe2(SO4)3+2H2O；答案为(VO2)2SO4+2FeSO4+2H2SO4=2VOSO4+Fe2(SO4)3+2H2O。
(2)由R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)(R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)可知，“反萃取”时，要使VO2+进入水层，使上述平衡向逆反应方向移动，应加入H2SO4；假设“滤液2”中c(VO2+)=amol·L—1，“萃取”和“反萃取”每进行一次，VO2+萃取率为90％，4次操作后，依据萃取率90%，剩余溶液中10%，“滤液2”中残留的c(VO2+)=a×10%×10%×10%×10%=1.0a×l0-4mol·L-1=10-4a mol·L-1；答案为H2SO4，10-4a。
(3)氧化过程是KClO3将VO2+氧化为，中***元素得电子被还原为Cl-，其离子方程式为3H2O++6VO2+=6+Cl-+6