题目
工业上利用石煤矿粉（主要含V2O3及少量Al2O3、SiO2）为原料生产V2O5，工艺流程如图：NaCl(8)气体1 水 Ca(OH)2(NH4)2CO3 NH4Cl 气体Ⅱ-|||-而煤矿粉→ 嬉烧 → 水浴 → 转沉 → 转化 沉闪 → 脱远 --------2:O3-|||-O,水蒸气 滤渣I 滤液1 滤渣Ⅱ 滤液Ⅱ已知：①“水溶”、“转沉”、“转化”后，所得含钒物质依次为NaVO3、Ca4（VO4）2、（NH4）3VO4；②不同pH下，V（V）在溶液中的主要存在形式见下表： pH 4～6 6～8 8～10 10～12 主要离子 VO2+ VO3- V2O74- VO43- ③25℃时，Kap（NH4VO3）=1.6×10-3。回答下列问题：（1）‘焙烧”时，V2O3发生反应的化学方程式为 ____ 。（2）滤液Ⅰ的成分为 ____ （填化学式）；先“转沉”后“转化”的目的是 ____ 。（3）“转化”时，滤渣Ⅱ经高温煅烧后水浸，所得物质可导入到 ____ 操作单元中循环使用。（4）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是① ____ 。② ____ ；25℃时，测得“转化”后，滤液中c（VO3-）=0.2mol•L-1，为使“沉钒”时，钒元素的沉降率达到96%，应调节溶液中c（NH4+）至少 ____ mol•L-1。（5）“煅烧”时，NH4VO3制得产品V2O5。但反应体系中，若不及时分离气体Ⅱ，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，该反应的化学方程式为 ____ 。
工业上利用石煤矿粉（主要含V2O3及少量Al2O3、SiO2）为原料生产V2O5，工艺流程如图：
已知：①“水溶”、“转沉”、“转化”后，所得含钒物质依次为NaVO3、Ca4（VO4）2、（NH4）3VO4；
②不同pH下，V（V）在溶液中的主要存在形式见下表：
③25℃时，Kap（NH4VO3）=1.6×10-3。
回答下列问题：
（1）‘焙烧”时，V2O3发生反应的化学方程式为 ____ 。
（2）滤液Ⅰ的成分为 ____ （填化学式）；先“转沉”后“转化”的目的是 ____ 。
（3）“转化”时，滤渣Ⅱ经高温煅烧后水浸，所得物质可导入到 ____ 操作单元中循环使用。
（4）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是① ____ 。② ____ ；25℃时，测得“转化”后，滤液中c（VO3-）=0.2mol•L-1，为使“沉钒”时，钒元素的沉降率达到96%，应调节溶液中c（NH4+）至少 ____ mol•L-1。
（5）“煅烧”时，NH4VO3制得产品V2O5。但反应体系中，若不及时分离气体Ⅱ，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，该反应的化学方程式为 ____ 。
已知：①“水溶”、“转沉”、“转化”后，所得含钒物质依次为NaVO3、Ca4（VO4）2、（NH4）3VO4；
②不同pH下，V（V）在溶液中的主要存在形式见下表：
| pH | 4～6 | 6～8 | 8～10 | 10～12 |
| 主要离子 | VO2+ | VO3- | V2O74- | VO43- |
回答下列问题：
（1）‘焙烧”时，V2O3发生反应的化学方程式为 ____ 。
（2）滤液Ⅰ的成分为 ____ （填化学式）；先“转沉”后“转化”的目的是 ____ 。
（3）“转化”时，滤渣Ⅱ经高温煅烧后水浸，所得物质可导入到 ____ 操作单元中循环使用。
（4）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是① ____ 。② ____ ；25℃时，测得“转化”后，滤液中c（VO3-）=0.2mol•L-1，为使“沉钒”时，钒元素的沉降率达到96%，应调节溶液中c（NH4+）至少 ____ mol•L-1。
（5）“煅烧”时，NH4VO3制得产品V2O5。但反应体系中，若不及时分离气体Ⅱ，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，该反应的化学方程式为 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）V2O3与氧气、氯化钠混合中煅烧，转化为NaVO3的过程中V元素被氧气氧化，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为V2O3+O2+2NaCl+H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaVO3+2HCl，
故答案为：V2O3+O2+2NaCl+H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaVO3+2HCl；
（2）根据复分解反应交换成分可知，硅酸钠和氢氧化钙反应生成Ca（SiO3）2沉淀和NaOH，故滤液为NaOH，先“转沉”后“转化”的目的是富集钒元素，
故答案为：NaOH；富集钒元素；
（3）滤渣Ⅱ是煅烧生成CaO，与水反应生成氢氧化钙，可到转沉中循环使用，
故答案为：转沉；
（4）沉钒过程发生复分解反应，离子方程式为NH4++VO3-=NH4VO3↓，利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全，铵根离子先酸性，调节pH，将$VO_4^{3-}$转化为$VO_3^-$，已知：Ksp（NH4VO3）=1.6×10-3，若滤液中c（VO3-）=0.2mol•L-1，为使钒元素的沉降率达到96%，则此时c（VO3-）=0.008mol/L，至少应调节c（NH4+）=$\frac{{K}_{\;sp}}{c（VO{}_{3}{}^{−}）}$=$\frac{1.6×10{}^{−3}}{0.008}$mol/L=0.2mol/L，
故答案为：①调节pH，将$VO_4^{3-}$转化为$VO_3^-$；②利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全；0.2；
（5）反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，设氧化产物中N元素化合价为x，根据转移电子守恒得3×2×（5-4）=2×[x-（-3）]，则x=0，所以氧化产物为氮气，根据元素守恒知，还生成水，所以反应方程式为3V2O5+2NH3$\frac{\underline{\;500℃\;}}{}$3V2O4+N2+3H2O，
故答案为：3V2O5+2NH3$\frac{\underline{\;500℃\;}}{}$3V2O4+N2+3H2O。
故答案为：V2O3+O2+2NaCl+H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaVO3+2HCl；
（2）根据复分解反应交换成分可知，硅酸钠和氢氧化钙反应生成Ca（SiO3）2沉淀和NaOH，故滤液为NaOH，先“转沉”后“转化”的目的是富集钒元素，
故答案为：NaOH；富集钒元素；
（3）滤渣Ⅱ是煅烧生成CaO，与水反应生成氢氧化钙，可到转沉中循环使用，
故答案为：转沉；
（4）沉钒过程发生复分解反应，离子方程式为NH4++VO3-=NH4VO3↓，利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全，铵根离子先酸性，调节pH，将$VO_4^{3-}$转化为$VO_3^-$，已知：Ksp（NH4VO3）=1.6×10-3，若滤液中c（VO3-）=0.2mol•L-1，为使钒元素的沉降率达到96%，则此时c（VO3-）=0.008mol/L，至少应调节c（NH4+）=$\frac{{K}_{\;sp}}{c（VO{}_{3}{}^{−}）}$=$\frac{1.6×10{}^{−3}}{0.008}$mol/L=0.2mol/L，
故答案为：①调节pH，将$VO_4^{3-}$转化为$VO_3^-$；②利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全；0.2；
（5）反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，设氧化产物中N元素化合价为x，根据转移电子守恒得3×2×（5-4）=2×[x-（-3）]，则x=0，所以氧化产物为氮气，根据元素守恒知，还生成水，所以反应方程式为3V2O5+2NH3$\frac{\underline{\;500℃\;}}{}$3V2O4+N2+3H2O，
故答案为：3V2O5+2NH3$\frac{\underline{\;500℃\;}}{}$3V2O4+N2+3H2O。
解析
步骤 1：焙烧反应
V_2O_3与氧气、氯化钠混合中煅烧，转化为NaVO_3的过程中V元素被氧气氧化，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为V_2O_3+O_2+2NaCl+H_2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaVO_3+2HCl。
步骤 2：滤液I成分
根据复分解反应交换成分可知，硅酸钠和氢氧化钙反应生成Ca（SiO_3）_2沉淀和NaOH，故滤液为NaOH，先“转沉”后“转化”的目的是富集钒元素。
步骤 3：滤渣II循环使用
滤渣Ⅱ是煅烧生成CaO，与水反应生成氢氧化钙，可到转沉中循环使用。
步骤 4：沉钒过程
沉钒过程发生复分解反应，离子方程式为NH_4^{+}+VO_3^{-}=NH_4VO_3↓，利用同离子效应，促进NH_4VO_3尽可能析出完全，铵根离子先酸性，调节pH，将$VO_4^{3-}$转化为$VO_3^-$，已知：K_sp（NH_4VO_3）=1.6×10^{-3}，若滤液中c（VO_3^{-}）=0.2mol•L^{-1}，为使钒元素的沉降率达到96%，则此时c（VO_3^{-}）=0.008mol/L，至少应调节c（NH_4^{+}）=$\frac{{K}_{\;sp}}{c（VO{}_{3}{}^{−}）}$=$\frac{1.6×10{}^{−3}}{0.008}$mol/L=0.2mol/L。
步骤 5：氧化还原反应
反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，设氧化产物中N元素化合价为x，根据转移电子守恒得3×2×（5-4）=2×[x-（-3）]，则x=0，所以氧化产物为氮气，根据元素守恒知，还生成水，所以反应方程式为3V_2O_5+2NH_3$\frac{\underline{\;500℃\;}}{}$3V_2O_4+N_2+3H_2O。
V_2O_3与氧气、氯化钠混合中煅烧，转化为NaVO_3的过程中V元素被氧气氧化，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为V_2O_3+O_2+2NaCl+H_2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaVO_3+2HCl。
步骤 2：滤液I成分
根据复分解反应交换成分可知，硅酸钠和氢氧化钙反应生成Ca（SiO_3）_2沉淀和NaOH，故滤液为NaOH，先“转沉”后“转化”的目的是富集钒元素。
步骤 3：滤渣II循环使用
滤渣Ⅱ是煅烧生成CaO，与水反应生成氢氧化钙，可到转沉中循环使用。
步骤 4：沉钒过程
沉钒过程发生复分解反应，离子方程式为NH_4^{+}+VO_3^{-}=NH_4VO_3↓，利用同离子效应，促进NH_4VO_3尽可能析出完全，铵根离子先酸性，调节pH，将$VO_4^{3-}$转化为$VO_3^-$，已知：K_sp（NH_4VO_3）=1.6×10^{-3}，若滤液中c（VO_3^{-}）=0.2mol•L^{-1}，为使钒元素的沉降率达到96%，则此时c（VO_3^{-}）=0.008mol/L，至少应调节c（NH_4^{+}）=$\frac{{K}_{\;sp}}{c（VO{}_{3}{}^{−}）}$=$\frac{1.6×10{}^{−3}}{0.008}$mol/L=0.2mol/L。
步骤 5：氧化还原反应
反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，设氧化产物中N元素化合价为x，根据转移电子守恒得3×2×（5-4）=2×[x-（-3）]，则x=0，所以氧化产物为氮气，根据元素守恒知，还生成水，所以反应方程式为3V_2O_5+2NH_3$\frac{\underline{\;500℃\;}}{}$3V_2O_4+N_2+3H_2O。