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用離子交換法從廢釩催化劑

發布時間:2022-09-02 22:10:57

① 工業上以黃鐵礦為原料生產硫酸主要分為三個階段進行,即煅燒、催化氧化、吸收。請回答下列問題:(1)煅燒

(1)接觸室防止催化劑中毒
(2)SO 2 +V 2 O 5 2V 2 O 5 +4SO 3
(3)在常壓下SO 2 就可以達到較高的轉化率
(4)①② V 2 O 5 +SO 3 2 +4H + =2VO 2+ +SO 4 2 +2H 2 O 4 80℃

② 為回收利用廢釩催化劑(含有V2O5、VOSO4及不溶性殘渣),科研人員最新研製了一種離子交換法回收釩的新工

(1)鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁,反應方程式為3V2O5+10Al

高溫
.

③ 釩具有眾多優異的性能,用途十分廣泛,有金屬「維生素」之稱.完成下列填空:(1)將廢釩催化劑(主要成

(1)(1)由題意可知,V2O5與稀硫酸、亞硫酸鉀反應生成VOSO4、K2SO4,由元素守恆可知還生成H2O,配平後方程式為:V2O5+K2SO3+2H2SO4=2VOSO4+K2SO4+2H2O,
故答案為:V2O5+K2SO3+2H2SO4=2VOSO4+K2SO4+2H2O;
(2)ClO3-與VO2+反應生成VO2+、Cl-,氯元素化合價由+5降低為-1,共降低6價,V元素化合價由+4升高為+5,共升高1價,化合價升降最小公倍數為6,故ClO3-的系數為1、VO2+系數為6,由原子守恆可知成VO2+的系數為6,Cl-的系數為1,由電荷守恆可知還生成H+,系數為6,故有水參加反應,系數為3,配平該反應的離子方程式,並標出電子轉移的數目和方向為:

0.195g
65g/mol
=0.003mol,令V元素在還原產物中的化合價為a,則:
0.003×2=0.02L×0.1mol/L×(5-a),解得a=2,
故答案為:b;
(4)V2O5能和鹽酸反應生成氯氣和VO2+,故還原性Cl->VO2+,氯氣可以將亞硫酸根氧化生成硫酸根、自身被還原為Cl-,可以說明還原性SO32->Cl-,反應離子方程式為:Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+2H++SO42-
故答案為:Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+2H++SO42-

④ (1)釩觸媒(V2O5)是二氧化硫氧化的催化劑,在催化氧化的過程中產生了一連串的中間體(如圖1所示).其

(1)依據圖1中的轉化關系,V2O5參與反應先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫,本身被還原為圖中產物V2O4;根據氧化還原反應的實質寫出並配平a步化學方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4轉化為SO3,此過程需要重新生成催化劑V2O5,需要氧化劑完成,此過程中的氧化劑時氧氣,根據化合價的變化寫出C步化學方程式 4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
故答案為:SO2+V2O5?SO3+V2O4;4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
(2)體系總壓強為0.10M Pa,此時二氧化硫的轉化率為80%
2SO2+O2

催化劑
.

⑤ 接觸室中廢釩催化劑含V2O5、VOSO4和SiO2等,VOSO4能溶於水,從廢釩催化劑中回收V2O5的主要流程如下:(1

(1)設需要改濃硫酸的體積為VmL,稀釋過程中溶質硫酸的質量不變,則:1.5mol/L×0.5L×98g/mol=VmL×1.84g/mL×98%,解得V≈40.8;配製500mL 1.5mol/LH2SO4的過程中需要使用的儀器有:燒杯、玻璃棒、量筒、500mL容量瓶、膠頭滴管,還缺少500mL容量瓶、膠頭滴管,
故答案為:40.8mL;500mL容量瓶;膠頭滴管;
(2)V2O5中V的化合價為+5價,反應後產物VOSO4中V化合價為+4價,V的化合價降低被還原,在反應中V2O5做氧化劑;
氧化反應為:KClO3+VOSO4+H2SO4→(VO)2(SO43+KCl+H2O(未配平),該反應中KClO3在反應中化合價由+5變成了-1價,化合價降低6價,而VOSO4的化合價由+4變為(VO)2(SO43中的+5,化合價升高1價,化合價變化的最小公倍數為6,所以該反應中KClO3與VOSO4的計量數之比為1:6,
故答案為:V2O5;1:6;
(3)59.8g沉澱的物質的量為:

59.8g
598g/mol
=0.1mol;
取沉澱59.8g充分焙燒,得固體殘留物54.6g,該殘留物為V2O5,其物質的量為:n(V2O5)=
54.6g
182g/mol
=0.3mol;
所得氣體通過鹼石灰,減少1.8g,該1.8g為水,水的物質的量為:n(H2O)=
1.8g
18g/mol
=0.1mol;
剩餘氣體能被稀硫酸完全吸收,硫酸稀釋的為氨氣,氨氣的物質的量為:n(NH3)=
59.8g?54.6g?1.8g
17g/mol
=0.2mol;
所以該沉澱的化學式為:3V2O5?2NH3?H2O,即:V6N2H8O16
答:該沉澱的化學式為V6N2H8O16

⑥ 釩的用途十分廣泛,有金屬「維生素」之稱.某工廠為了從含有雜質的VOSO4樣品中回收得到催化劑V2O5,設計

(1)廢釩催化劑(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)酸溶後,V2O5、Fe2O3和酸反應,二氧化硅不與酸反應,過濾得到濾渣為二氧化硅;
故答案為:SiO2;在漏斗中加水至浸沒沉澱,待水流盡後重復操作;
(2)②分析平衡,Rn+(水層)+nHA(有機層)?RAn(有機層)+nH+(水層),加入的鹼會中和氫離子促進平衡正向進行,提高了釩的萃取率;
③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行,可以加入硫酸抑制平衡正向進行;故答案為:加入的鹼會中和氫離子促進平衡正向進行,提高了釩的萃取率;硫酸;
(3)步驟⑤氨水與酸反應的離子方程式為:NH3?H2O+H+=NH4++H2O,故答案為:NH3?H2O+H+=NH4++H2O;
(4)分析流程圖,物質參加反應,反應過程中又生成的物質,或重復利用的物質可以循環利用,流程中有機萃取劑、氨氣可以循環利用,
故答案為:氨氣;有機萃取劑;
(5)根據電子守恆,n(VOSO4)×1=a mol?L-1×V×10-3L×6,則1kg樣品理論上可製得的V2O5質量是

6aV×10?3×163×1000g
wg
×
182
326
546aV
w
g;故答案為:
546aV
w

⑦ 從廢釩催化劑(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)中回收V2O5的一種生產工藝流程示意圖如下:回答下列問題:

(1)廢釩催化劑(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)酸溶後,V2O5、Fe2O3和酸反應,二氧化硅不與酸反應,過濾得到濾渣為二氧化硅,
故答案為:SiO2
(2)②中萃取時必須加入適量鹼,分析平衡,Rn+(水層)+nHA(有機層)?RAn(有機層)+nH+(水層),加入的鹼會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行;③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行,可以加入硫酸抑制平衡正向進行,
故答案為:加入鹼中和產生的酸,平衡右移提高了釩的萃取率;硫酸;
(3)依據氧化還原反應元素化合價變化和電子守恆原子守恆分析配平,ClO3-中氯元素化合價從+5價變化為-1價,得到電子6,VO2+變化為VO3+、元素化合價從+4價變化為+5價失電子1,依據電子守恆、原子守恆配平得到離子方程式為:ClO3-+6VO2++6H+=6VO3++Cl-+3H2O,
故答案為:3H2O;
(4)根據表中數據判斷,⑤中加入氨水,調節溶液pH最佳值為1.6,此時鋇沉澱率達到最大,需要調節的PH較小;若釩沉澱率為90%時不產生Fe(OH)3沉澱,此時PH=2,氫離子濃度=10-2mol/L,c(OH-)=10-12mol/L,則溶液中c(Fe3+)濃度依據溶度積計算,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.6×10-39,計算得到c(Fe3+)=2.6×10-3mol/L,不產生Fe(OH)3沉澱,則溶液中c(Fe3+)<4.0×10-2mol/L,
故答案為:1.6;2.6×10-3mol/L;
(5)依據流程反應分析,加入的試劑在反應過程中生成的離子為,除H+之外的陽離子為Fe3+、VO22+、NH4+、K+,故答案為:Fe3+、VO22+、NH4+、K+

⑧ 工業上以黃鐵礦為原料生產硫酸主要分為三個階段進行,即煅燒、催化氧化、吸收.請回答下列個問題:(1)

(1)以黃鐵礦為原料生產硫酸主要分為三個階段進行,即煅燒、催化氧化、吸收;其中二氧化硫的催化氧化在催化劑表面和空氣中的氧氣接觸反應,若氣體中含有雜質氣體容易使催化劑中毒,所以煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經除塵、洗滌、乾燥;故答案為:接觸室,防止催化劑中毒.
(2)依據圖1中的轉化關系,V2O5參與反應先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫,本身被還原為圖中產物V2O4;根據氧化還原反應的實質寫出並配平a步化學方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4轉化為SO3,此過程需要重新生成催化劑V2O5,需要氧化劑完成,此過程中的氧化劑時氧氣,根據化合價的變化寫出C步化學方程式4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3;故答案為:4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
(3)2SO2+O2

催化劑
.

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