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用离子交换法从废钒催化剂

发布时间:2022-09-02 22:10:57

① 工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行,即煅烧、催化氧化、吸收。请回答下列问题:(1)煅烧

(1)接触室防止催化剂中毒
(2)SO 2 +V 2 O 5 2V 2 O 5 +4SO 3
(3)在常压下SO 2 就可以达到较高的转化率
(4)①② V 2 O 5 +SO 3 2 +4H + =2VO 2+ +SO 4 2 +2H 2 O 4 80℃

② 为回收利用废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣),科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工

(1)铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝,反应方程式为3V2O5+10Al

高温
.

③ 钒具有众多优异的性能,用途十分广泛,有金属“维生素”之称.完成下列填空:(1)将废钒催化剂(主要成

(1)(1)由题意可知,V2O5与稀硫酸、亚硫酸钾反应生成VOSO4、K2SO4,由元素守恒可知还生成H2O,配平后方程式为:V2O5+K2SO3+2H2SO4=2VOSO4+K2SO4+2H2O,
故答案为:V2O5+K2SO3+2H2SO4=2VOSO4+K2SO4+2H2O;
(2)ClO3-与VO2+反应生成VO2+、Cl-,氯元素化合价由+5降低为-1,共降低6价,V元素化合价由+4升高为+5,共升高1价,化合价升降最小公倍数为6,故ClO3-的系数为1、VO2+系数为6,由原子守恒可知成VO2+的系数为6,Cl-的系数为1,由电荷守恒可知还生成H+,系数为6,故有水参加反应,系数为3,配平该反应的离子方程式,并标出电子转移的数目和方向为:

0.195g
65g/mol
=0.003mol,令V元素在还原产物中的化合价为a,则:
0.003×2=0.02L×0.1mol/L×(5-a),解得a=2,
故答案为:b;
(4)V2O5能和盐酸反应生成氯气和VO2+,故还原性Cl->VO2+,氯气可以将亚硫酸根氧化生成硫酸根、自身被还原为Cl-,可以说明还原性SO32->Cl-,反应离子方程式为:Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+2H++SO42-
故答案为:Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+2H++SO42-

④ (1)钒触媒(V2O5)是二氧化硫氧化的催化剂,在催化氧化的过程中产生了一连串的中间体(如图1所示).其

(1)依据图1中的转化关系,V2O5参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫,本身被还原为图中产物V2O4;根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4转化为SO3,此过程需要重新生成催化剂V2O5,需要氧化剂完成,此过程中的氧化剂时氧气,根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
故答案为:SO2+V2O5?SO3+V2O4;4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
(2)体系总压强为0.10M Pa,此时二氧化硫的转化率为80%
2SO2+O2

催化剂
.

⑤ 接触室中废钒催化剂含V2O5、VOSO4和SiO2等,VOSO4能溶于水,从废钒催化剂中回收V2O5的主要流程如下:(1

(1)设需要改浓硫酸的体积为VmL,稀释过程中溶质硫酸的质量不变,则:1.5mol/L×0.5L×98g/mol=VmL×1.84g/mL×98%,解得V≈40.8;配制500mL 1.5mol/LH2SO4的过程中需要使用的仪器有:烧杯、玻璃棒、量筒、500mL容量瓶、胶头滴管,还缺少500mL容量瓶、胶头滴管,
故答案为:40.8mL;500mL容量瓶;胶头滴管;
(2)V2O5中V的化合价为+5价,反应后产物VOSO4中V化合价为+4价,V的化合价降低被还原,在反应中V2O5做氧化剂;
氧化反应为:KClO3+VOSO4+H2SO4→(VO)2(SO43+KCl+H2O(未配平),该反应中KClO3在反应中化合价由+5变成了-1价,化合价降低6价,而VOSO4的化合价由+4变为(VO)2(SO43中的+5,化合价升高1价,化合价变化的最小公倍数为6,所以该反应中KClO3与VOSO4的计量数之比为1:6,
故答案为:V2O5;1:6;
(3)59.8g沉淀的物质的量为:

59.8g
598g/mol
=0.1mol;
取沉淀59.8g充分焙烧,得固体残留物54.6g,该残留物为V2O5,其物质的量为:n(V2O5)=
54.6g
182g/mol
=0.3mol;
所得气体通过碱石灰,减少1.8g,该1.8g为水,水的物质的量为:n(H2O)=
1.8g
18g/mol
=0.1mol;
剩余气体能被稀硫酸完全吸收,硫酸稀释的为氨气,氨气的物质的量为:n(NH3)=
59.8g?54.6g?1.8g
17g/mol
=0.2mol;
所以该沉淀的化学式为:3V2O5?2NH3?H2O,即:V6N2H8O16
答:该沉淀的化学式为V6N2H8O16

⑥ 钒的用途十分广泛,有金属“维生素”之称.某工厂为了从含有杂质的VOSO4样品中回收得到催化剂V2O5,设计

(1)废钒催化剂(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)酸溶后,V2O5、Fe2O3和酸反应,二氧化硅不与酸反应,过滤得到滤渣为二氧化硅;
故答案为:SiO2;在漏斗中加水至浸没沉淀,待水流尽后重复操作;
(2)②分析平衡,Rn+(水层)+nHA(有机层)?RAn(有机层)+nH+(水层),加入的碱会中和氢离子促进平衡正向进行,提高了钒的萃取率;
③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行,可以加入硫酸抑制平衡正向进行;故答案为:加入的碱会中和氢离子促进平衡正向进行,提高了钒的萃取率;硫酸;
(3)步骤⑤氨水与酸反应的离子方程式为:NH3?H2O+H+=NH4++H2O,故答案为:NH3?H2O+H+=NH4++H2O;
(4)分析流程图,物质参加反应,反应过程中又生成的物质,或重复利用的物质可以循环利用,流程中有机萃取剂、氨气可以循环利用,
故答案为:氨气;有机萃取剂;
(5)根据电子守恒,n(VOSO4)×1=a mol?L-1×V×10-3L×6,则1kg样品理论上可制得的V2O5质量是

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

⑦ 从废钒催化剂(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下:回答下列问题:

(1)废钒催化剂(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)酸溶后,V2O5、Fe2O3和酸反应,二氧化硅不与酸反应,过滤得到滤渣为二氧化硅,
故答案为:SiO2
(2)②中萃取时必须加入适量碱,分析平衡,Rn+(水层)+nHA(有机层)?RAn(有机层)+nH+(水层),加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行;③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行,可以加入硫酸抑制平衡正向进行,
故答案为:加入碱中和产生的酸,平衡右移提高了钒的萃取率;硫酸;
(3)依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平,ClO3-中氯元素化合价从+5价变化为-1价,得到电子6,VO2+变化为VO3+、元素化合价从+4价变化为+5价失电子1,依据电子守恒、原子守恒配平得到离子方程式为:ClO3-+6VO2++6H+=6VO3++Cl-+3H2O,
故答案为:3H2O;
(4)根据表中数据判断,⑤中加入氨水,调节溶液pH最佳值为1.6,此时钡沉淀率达到最大,需要调节的PH较小;若钒沉淀率为90%时不产生Fe(OH)3沉淀,此时PH=2,氢离子浓度=10-2mol/L,c(OH-)=10-12mol/L,则溶液中c(Fe3+)浓度依据溶度积计算,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.6×10-39,计算得到c(Fe3+)=2.6×10-3mol/L,不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)<4.0×10-2mol/L,
故答案为:1.6;2.6×10-3mol/L;
(5)依据流程反应分析,加入的试剂在反应过程中生成的离子为,除H+之外的阳离子为Fe3+、VO22+、NH4+、K+,故答案为:Fe3+、VO22+、NH4+、K+

⑧ 工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行,即煅烧、催化氧化、吸收.请回答下列个问题:(1)

(1)以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行,即煅烧、催化氧化、吸收;其中二氧化硫的催化氧化在催化剂表面和空气中的氧气接触反应,若气体中含有杂质气体容易使催化剂中毒,所以煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥;故答案为:接触室,防止催化剂中毒.
(2)依据图1中的转化关系,V2O5参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫,本身被还原为图中产物V2O4;根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4转化为SO3,此过程需要重新生成催化剂V2O5,需要氧化剂完成,此过程中的氧化剂时氧气,根据化合价的变化写出C步化学方程式4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3;故答案为:4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
(3)2SO2+O2

催化剂
.

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