Question

【題目】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、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。

該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

金屬離子	Fe3+	Fe2+	Al3+	Mn2+
開始沉淀pH	1.9	7.0	3.0	8.1
完全沉淀pH	3.2	9.0	4.7	10.1

回答下列問題：

(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是___________。

(2)“酸浸氧化”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)“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為，隨濾液②可除去金屬離子K+、Mg2+、Na+、___________，以及部分的___________。

(4)“沉淀轉溶”中，轉化為釩酸鹽溶解。濾渣③的主要成分是___________。

(5)“調pH”中有沉淀生產，生成沉淀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___________。

Answer 1

【答案】加快酸浸和氧化反應速率（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盡可能析出完全

【解析】

黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”時VO+和VO2+被氧化成，Fe3O4與硫酸反應生成的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，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，根據表中提供的溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH，此過程中Fe3+部分轉化為Fe(OH)3沉淀，部分Al3+轉化為Al(OH)3沉淀，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轉化為釩酸鹽溶解，Al(OH)3轉化為NaAlO2，則濾渣③的主要成分為Fe(OH)3；濾液③中含釩酸鹽、偏鋁酸鈉，加入HCl調pH=8.5，NaAlO2轉化為Al(OH)3沉淀而除去；最后向濾液④中加入NH4Cl“沉釩”得到NH4VO3。

(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是：升高溫度，加快酸浸和氧化反應速率（促進氧化完全），故答案為：加快酸浸和氧化反應速率（促進氧化完全）；

(2)“酸浸氧化”中，釩礦粉中的Fe3O4與硫酸反應生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化性，Fe2+具有還原性，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，根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，VO+轉化為反應的離子方程式為VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O，故答案為：Fe2+，VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O；

(3)根據分析，“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故答案為：Mn2+，Fe3+、Al3+；

(4)根據分析，濾渣③的主要成分是Fe(OH)3，故答案為：Fe(OH)3；

(5)“調pH”中有沉淀生成，是NaAlO2與HCl反應生成Al(OH)3沉淀，生成沉淀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，故答案為：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盡可能析出完全，故答案為：利用同離子效應，促進NH4VO3盡可能析出完全。