1、2022届高三大一轮复习工艺流程题专题周练_24含钒物质制备工业流程题一、单选题（本大题共7小题，共21分）1. 以硅藻土为载体的五氧化二钢是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收既避免污染环境又有利于资源综合利用，废钒催化剂的主要成分为、，下图为废钒催化剂回收工艺路线，其中“离子交换”和“洗脱”过程可简单表示为4ROH+V4O124-为强碱性阴离子交换树脂)：下列说法错误的是()A. “酸浸”时转化为，反应的离子方程式为B. “废渣1”的主要成分是SiO2C. “氧化”中欲使3mol的变为，则需要氧化剂至少为0.5molD. 为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈酸性2. 五氧化二钒(V2O5)
2、是一种两性氧化物，具有强氧化性，其制备方法如下图所示。下列说法错误的是A. V2O5溶于碱生成VO2-B. 五氧化二钒的结构式为C. “沉钒”后过滤所需的玻璃仪器主要有：漏斗、玻璃棒、烧杯D. V2O5+6HCl(浓)=2VOCl2+Cl2+3H2O，生成1molCl2转移电子数为2NA3. 钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。工业上利用冶炼铝生成的固体废料赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下：已知：钒有多种价态，其中+5价最稳定。钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，且存在平衡VO2
3、+H2OVO3-+2H+。下列说法正确的是( )A. 工业生产中，碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B. 可以推测VO2Cl溶解度大于NH4VO3C. 焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全D. 将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色，则磁品中一定不含铁元素4. 黏土钒矿(主要成分为钒的+3、+4、+5价的化合物以及SiO2、Al2O3等)中钒的化合物溶于酸后多以VO+、VO2+、VO2+形式存在，采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备V2O5。已知：V2O5在碱性条件下以VO3-形式存在。以下说法正确的是( )A. “酸浸氧化”中欲使3molVO2+
4、被氧化成VO2+，至少需要1molKClO3B. 滤液1中主要的阴离子有Al(OH)4-和VO3-C. “煅烧”时需要的仪器主要有蒸发皿、玻璃棒、三脚架、酒精灯D. “煅烧”时，NH4VO3受热分解：2NH4VO3V2O5+2NH3+H2O5. 钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。工业上利用冶炼铝生成的固体废料赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下：已知：钒有多种价态，其中+5价最稳定。钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，且存在平衡VO2+H2OVO3-+2H+。下列说法正确的是()A
5、. 工业生产中，碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B. 可以推测VO2Cl的溶解度大于NH4VO3C. 焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全D. 将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后无明显现象，则磁性产品中一定不含铁元素6. 工业上利用冶炼铝生成的固体废料赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下：已知：钒有多种价态，其中+5价最稳定。钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，且存在平衡：VO2+H2OVO3-+2H+，下列说法错误的是A. 工业生产中，碱浸步骤可选用NaOH溶液B. 可以推
6、测生成NH4VO3的原因是：NH4+VO3-=NH4VO3C. 焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全D. 将磁性产品加足量稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液，溶液变为红色7. 以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为V2O5、 V2O4、K2SO4、 A2O3、SiO2、Fe2O3。下图为废钒催化剂回收工艺路线。其中“离子交换”和“洗脱”过程可简单表示为4ROH+V4O124-R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂):下列说法错误的是(
7、 )A. “酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为V2O5+2H+=2VO2+H2OB. “废渣1”的主要成分是SiO2C. “氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为0.5molD. 为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈酸性二、流程题（本大题共8小题，共79分）8. 钒酸钇YVO4广泛应用于光纤通信领域，一种用废钒催化剂(含V2O5、K2O、SiO2、少量Fe2O3和Al2O3)制取YVO4的工艺流程如下：已知：V2O2(OH)4既能与强酸反应，又能与强碱反应。回答下列问题：(1)“还原酸浸”时，钒以VO2+浸出。若用 8%硫酸溶液浸取，K2SO3用量一
8、定，则为提高钒及钾的浸取率，可采取的措施是_(列举 1条即可)。“滤渣”的主要成分是_(填化学式)。V2O5被还原的离子方程式为_。(2)常温下，“钒、钾分离”时，pH对钒的沉淀率的影响如图所示：pH7时，随 pH增大钒的沉淀率降低的原因可能是 _。(3)“碱溶”时发生反应的化学方程式为_。(4)“焙烧”时，尾气必须吸收处理，实验室吸收处理的装置为_(填标号)。(5)某废钒催化剂中V2O5的含量为 45.5%，某工厂用1吨该废钒催化剂且用该工艺流程生产V2O5，若整个流程中 V的损耗率为 20%，则最终得到YVO4_kg。9. 工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V
9、2O5的流程如下：请回答下列问题：(1)步骤、的变化过程可简化为(下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)：R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层) 2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)中萃取时必须加入适量碱，其原因是_。中X试剂为_。(2)的离子方程式为_。(3)25时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1钒沉淀率%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3结合上表，在实际生产中，中加入氨水，调节溶液的最佳pH为_。若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(
10、Fe3+)_。(已知：25时，KspFe(OH)3=2.610-39)(4)该工艺流程中，可以循环利用的物质有_和_。10. 钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金属离子Fe3+Fe2+Al3+Mn2+开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题：(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是_。(2)“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成VO2+，同时还有_离子被氧化。写出VO+
11、转化为VO2+反应的离子方程式_。(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5xH2O，随滤液可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、_，以及部分的_。(4)“沉淀转溶”中，V2O5xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是_。(5)“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是_。(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_。11. 工业上以钒炉渣(主要含V2O3，还含少量SiO2、P2O5)为原料可以制备氧钒碱式碳酸铵晶体(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)910H2O，其生产工艺流程如下。(1)焙烧过程中，V2O3转化为可溶性NaVO3，该反应的化学
12、方程式为_，SiO2转化为_(写化学式)。(2)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)，若滤液中c(VO3-)=0.1molL-1，为使钒元素的沉降率达到98%，至少应调节c(NH4+)为_molL-1。已知Ksp(NH4VO3)=1.610-3(3)“还原”V2O5过程中，生成VOCl2和一种无色无污染的气体，该反应的化学方程式为_。用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VOCl2，该方法的缺点是_。(4)称量ag产品于锥形瓶中，用20mL蒸馏水与30mL稀硫酸溶解后，加入0.02molL-1的KMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续滴加1%的NaNO2溶液至稍过量，再用尿素除去过量NaNO2，最后用
13、cmolL-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为bmL。(已知滴定反应为VO2+Fe2+2H+=VO2+Fe3+H2O)KMnO4溶液的作用是_。粗产品中钒的质量分数表达式为_。12. 钒及其化合物在工业上有许多用途。从废钒(主要成分V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2)中提取五氧化二钒的一种工艺流程如图。已知：VOSO4能溶于水，VO2+与Fe不能反应。有机溶剂H2R对VO2+及Fe3+萃取率高，但不能萃取Fe2+。回答下列问题：(1)“酸浸、氧化”过程中V2O3转化为VO2+，反应的离子方程式为_，若用浓盐酸代替硫酸，V2O5转化为VO2+，同
14、时生成有毒的黄绿色气体，反应的化学方程式为_。(2)萃取前用“铁粉”对浸出液进行处理，主要目的是_，为检验处理后的浸出液中是否含有该杂质离子，可选用的化学试剂是_(填试剂名称)。(3)“溶剂萃取与反萃取”可表示为：VO2+H2RVOR+2H+。为了提高VO2+的产率，反萃取剂可选用_a.NaCl b.NaOH c.H2SO4(4)反萃取后的水层中加KClO3，使VO2+变为VO3-，ClO3-变为Cl-。当反应3molVO2+时，至少需要KClO3的物质的量为_mol。(5)已知NH4VO3难溶于水，Ksp=3.010-8，向10mL0.2molL-1NaVO3的滤液中加入等体积的NH4Cl溶
15、液(忽略混合过程中的体积变化)，欲使VO3-沉淀完全，则NH4Cl溶液的最小浓度为_(保留三位有效数字，溶液中某离子浓度110-5molL-1时，认为该离子沉淀完全)。13. 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艺，主要流程如下：部分含钒物质常温时在水中的溶解性如下：物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶难溶难溶易溶回答下列问题：(1)粉碎废钒催化剂的目的是_；VOSO4溶液水解显酸性，离子方程式为_。(2)工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热法，该反应的化学方程式为_；实验室若想模拟铝热反应，还需要的
16、试剂有_。(3)为了提高钒的浸出率，反应用Na2SO3和硫酸酸浸使催化剂中的V2O5转变成可溶于水的VOSO4，与水浸液合并，再通过反应用KClO3氧化，使+4价的V氧化成易溶于水的(VO2)2SO4。反应的离子方程式为_。(4)该工艺中反应中加入NH4Cl后为得到纯净的NH4VO3固体，需要进行的操作是_。(5)己知常温下NH4VO3的溶解度为0.468g/l00g水，则常温下NH4VO3的溶度积常数Ksp=_。14. 处理废钒催化剂既避免污染环境又可得到硫酸工业的催化剂V2O5。废钒催化剂的主要成分如表：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.
17、83.122286065121如图是一种废钒催化剂回收工艺路线：(1)“酸浸”废钒催化剂时，为了提高浸取率可采取的措施有_(写一点)。(2)“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为_，同时V2O4转成VO2+。(3)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为_mol。(4)“中和”作用之一是使钒以V4O124-形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_。(5)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH+V4O124-R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸”“碱”或“中”)。(6)“沉钒”得到偏钒
18、酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_。15. 钒具有众多优异的物理性能和化学性能，因而钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。一种从预处理后的石煤矿粉含SiO2、Ca(VO3)2、V2O5和少量Fe2O3中提取V2O5的流程如图：(1)“浸渣1”的主要成分是_。(2)矿粉中含有钒酸钙Ca(VO3)2，加入Na2CO3溶液能够使钒酸钙溶解，是因为存在平衡：Ca(VO3)2(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+2VO3-(aq)。已知Ksp(CaCO3)=4.910-9，KspCa(VO3)2=6.910-6，则该平衡常数K=_(结果保留2位有效数字)。(3)已知
19、钒(V)在不同pH的存在形态如下表所示。加入离子交换树脂(C12H18NCl)进行“离子交换”和“洗脱”的过程可表示为Rn-+nC12H18NCl(C12H18N)nR+nCl-，上述过程中钒(V)的存在形态为_。pH131411138.5117.58.557.53513存在形态VO43-V2O74-V4O124-V10O286-HV10O285-H2V10O284-V2O5(4)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，反应的离子方程式为_。(5)常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒，则m1kgV2O5理论上可制得金属钒_kg(用含m1的代数式表示)。(6)全钒液流储能电池的工作原理为VO2+
20、V3+H2O充电放电VO2+V2+2H+。充电时，阳极的电极反应式为_；两极区被质子交换膜隔开，放电时，若外电路通过9.031022个电子，则正极区溶液中H+的变化量n(H+)=_mol。答案和解析1.【答案】D【解析】【分析】本题考查物质制备流程，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物与实验相结合的训练，综合性较强，题目难度中等。【解答】A.“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为V2O5+2H+=2VO2+H2O，故A正确；B.“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V2O4转成VO2+，氧化铁、氧化铝均溶于硫酸，
21、只有SiO2不溶，则过滤得到的滤渣1为SiO2，故B正确；C.“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+，氧化剂KClO3被还原为氯离子，由电子守恒可知，则需要氧化剂KClO3至少为3mol5-45-1=0.5mol，故C正确；D.“离子交换”和“洗脱”过程可简单表示为4ROH+V4O124-R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)，则淋洗液应该呈碱性，使平衡向洗脱方向移动，故D错误。2.【答案】A【解析】【分析】本题考查物质的制备，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应、实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物知识的应用，题目难度中等。【解答】V2O5
22、中V的化合价为+5价，为两性氧化物，与碱发生复分解反应生成VO3-，由流程可知，钠钒盐预处理后加入稀硫酸、氯化铵发生复分解反应生成(NH4)2V6O16或NH4VO3，焙烧生成V2O5，V2O5具有强氧化性，可氧化浓盐酸生成氯气，以此解答该题。A.与碱发生复分解反应生成VO3-，元素化合价不变，故A错误；B.V2O5中V的化合价为+5价，结构式为符合，故B正确；C.“沉钒”后过滤所需的玻璃仪器主要有：漏斗、玻璃棒、烧杯，故C正确；D.反应中Cl元素化合价由-1价升高到0价，生成1molCl2转移电子数为2NA，故D正确。故选A。3.【答案】B【解析】【分析】本题考查物质的分离和提纯方法和基本操
23、作的原理分析，难度中等。【解答】赤泥进行碱浸，氧化铝溶解形成偏铝酸盐，再通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀；滤渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物，进行还原、磁选，磁性产品中含有铁等，非磁性产品含有V元素，在空气中焙烧后用盐酸溶解，钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，再加入氯化铵转化为NH4VO3，焙烧得到V2O5。A.工业生产中，碱浸步骤是溶解氧化铝，必须用强碱，不可选用较为廉价的氨水，A错误；B.用盐酸溶解后的溶液中含有VO2+、VO3-、Cl-，加入氯化铵会生成NH4VO3沉淀，反应向生成更难溶的物质进行，可以推测VO2Cl溶解度大于NH4VO3，B正确；C.由于钒在溶
24、液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，且存在平衡VO2+H2OVO3-+2H+，加过量盐酸平衡逆向移动，不利于生成NH4VO3，C错误；D.将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色，可能是硝酸量不足生成亚铁离子，不能说明磁品中不含铁元素，D错误。故选B。4.【答案】D【解析】【分析】本题考查工艺流程分析，为高频考点，难度不大，掌握题中信息、物质的性质以及物质分离和提纯的操作是解答关键。【解答】A.KClO3转化为Cl-，1个KClO3得到6e-，3molVO2+被氧化成VO2+，共转移3mole-，则需要0.5molKClO3，故A错误；B.酸浸氧化时，SiO2不反应
25、，则滤渣1为SiO2。Al2O3转化为Al3+，加入KOH后，Al3+转化为Al(OH)4-，通入CO2后Al(OH)4-转化为Al(OH)3，为保证Al(OH)4-被完全除去，则通入CO2应过量，生成HCO3-，酸浸氧化时，引入Cl-和SO42-，所以滤液1中主要的阴离子有Cl-、SO42-、HCO3-和VO3-，故B错误；C.“煅烧”时需要的仪器主要有坩埚、坩埚钳、三脚架、酒精灯、泥三角，故C错误；D.“煅烧”时，NH4VO3受热分解生成V2O5，方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3+H2O，故D正确。5.【答案】B【解析】【分析】本题考查工艺流程，解题的关键是理解整个过程，侧重考查学
26、生分析能力、知识迁移运用能力，难度一般。【解答】赤泥进行碱浸，氧化铝溶解形成偏铝酸盐，再通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀；滤渣1系列操作得到V2O5，可知滤渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物，进行还原、磁选，磁性产品中含有Fe等，非磁性产品含有V元素，在足量空气中焙烧后用盐酸溶解，钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，再加入氯化铵转化为NH4VO3，焙烧得到V2O5，溶液中存在平衡VO2+H2OVO3-+2H+，盐酸过量会抑制NH4VO3的生成，盐酸溶解时不易过量。A.氨水不能溶解氧化铝，故A错误；B.用盐酸溶解后的溶液中含有VO2+、VO3-、Cl-，加入氯化铵会生成NH
27、4VO3沉淀，反应向生成更难溶的物质进行，可以推测VO2Cl溶解度大于NH4VO3，故B正确；C.溶液中存在平衡VO2+H2OVO3-+2H+，盐酸过量平衡逆向移动，会抑制NH4VO3的生成，不能加入过量的盐酸，故C错误；D.加入的硝酸不足，Fe元素被硝酸氧化可能生成亚铁离子，亚铁离子与KSCN溶液无明显现象，故D错误。6.【答案】C【解析】【分析】本题考查物质的分离和提纯方法和基本操作的原理分析，难度较难。【解答】A.工业生产中，碱浸步骤是溶解氧化铝，必须用强碱，可选用NaOH溶液，故A正确；B.VO2Cl可溶，NH4VO3不溶，可以推测生成NH4VO3的原因是：NH4+VO3-=NH4VO
28、3，故B正确；C.固体产物加酸溶解时生成VO3-，由于钒在溶液中主要以VO2+和VO3-的形式存在，且存在平衡VO2+H2OVO3-+2H+，加过量盐酸不利于固体产物的溶解，故C错误；D.将磁性产品加入足量稀硝酸溶解，则Fe元素完全被氧化为Fe3+，取上层清液再加入KSCN溶液，溶液变为红色，故D正确。故选C。7.【答案】D【解析】【分析】本题考查物质制备流程，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物与实验相结合的训练，综合性较强，题目难度中等。【解答】A.“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为V2O5+2H+=
29、2VO2+H2O，故A正确；B.“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V2O4转成VO2+，氧化铁、氧化铝均溶于硫酸，只有SiO2不溶，则过滤得到的滤渣1为SiO2，故B正确；C.“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+，氧化剂KClO3被还原为氯离子，由电子守恒可知，则需要氧化剂KClO3至少为3mol5-45-1=0.5mol，故C正确；D.“离子交换”和“洗脱”过程可简单表示为4ROH+V4O124-R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)，则淋洗液应该呈碱性，使平衡向洗脱方向移动，故D错误。8.【答案】(1)研磨或适当延长浸取时间、搅拌等；SiO2；V2O5+SO32-
30、+4H+=2VO2+SO42-+2H2O； (2)V2O2(OH)4能与OH-发生反应，碱性越强，V2O2(OH)4损耗率越大；(3)3V2O2(OH)4+NaClO3+6NaOH=6NaVO3+NaCl+9H2O；(4)C； (5) 816。【解析】【分析】本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物与实验相结合的训练，综合性较强，题目难度较大。【解答】酸浸时金属氧化物与酸反应变为金属阳离子，V2O5被K2SO3还原为VO2+浸出，Fe3+被还原为Fe2+进入溶液，酸性氧化物SiO2不能溶解，进
31、入滤渣I中；然后向还原后的含VOSO4溶液中加入适量KOH溶液，形成V2O2(OH)4沉淀，K+留在滤液中，从而实现钒、钾分离，得到滤饼中含V2O2(OH)4，V2O2(OH)4能够与强碱反应，并且该物质具有还原性，向滤饼中加入NaClO3、NaOH溶液，发生氧化还原反应，V2O2(OH)4元素转化为，再向溶液中加热NH4Cl，形成NH4VO3晶体，将其高温煅烧，产生V2O5，将V2O5、Y2O3高温共融，反应产生YVO4。(1)若用8%硫酸溶液浸取，K2SO3用量一定，为提高钒及钾的浸取率，可采取的措施可以是研磨，增大固体与稀硫酸的接触面积或是适当延长浸取时间、加热、搅拌等，故答案为：研磨或
32、适当延长浸取时间、搅拌等；“还原酸浸”时，V2O5、K2O、Fe2O3和Al2O3均发生反应而溶解，而SiO2是酸性氧化物，不能与硫酸发生反应，故滤渣I为SiO2,故答案为：SiO2；SO32-具有还原性，而V2O5具有氧化性在酸性条件下被还原产生VO2+，该反应的离子方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O，故答案为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O；(2)根据图示可知：随着溶液pH的增大，钒的沉淀率逐渐增大，当溶液pH增大到7后，随着pH增大，钒的沉淀率反而有所下降，是由于V2O2(OH)4能与OH-发生反应，碱性越强，V2O2(O
33、H)4损耗率越大，故答案为：V2O2(OH)4能与OH-发生反应，碱性越强，V2O2(OH)4损耗率越大；(3)碱溶时，V2O2(OH)4与碱NaOH、NaClO3发生氧化还原反应产生NaVO3、NaCl、H2O，根据电子守恒、原子守恒，可得反应方程式：3V2O2(OH)4+NaClO3+6NaOH=6NaVO3+NaCl+9H2O，故答案为：3V2O2(OH)4+NaClO3+6NaOH=6NaVO3+NaCl+9H2O；(4)焙烧时，NH4VO3受热分解产生NH3，NH3易溶于水，且易与硫酸反应产生硫酸铵，若直接通入水中或稀硫酸中，会引起倒吸现象；为充分吸收氨气，同时防止倒吸现象，可以在导
34、气管末端安装一个倒扣的漏斗，故合理选项是C，故答案为：C；(5)设得到YVO4的质量为m，根据V元素守恒，可得关系式：V2O52YVO4，结合物质反应转化利用关系，可得：18245.51000kg(1-20)=2204m，解得m=816kg，故答案为：816。9.【答案】(1)加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率或类似表述，如提高RAn(有机层)的浓度、百分含量等；H2SO4；(2)6VO2+ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+；(3)1.71.8(或1.7、1.8其中一个)；2.610-3molL-1；(4)氨气(或氨水)；有机萃取剂【解析】【分析】本题考查了无机工
35、业流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等。【解答】将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程，水溶过滤得到含VO2+、SO42-、K+的溶液，加入有机萃取剂分液得到含VO2+的有机层，再经过反萃取得到水层，加入KClO3氧化VO2+为VO3-，加入氨水调节溶液pH形成NH4VO3沉淀，灼烧得到V2O5。(1)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；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
36、衡正向进行；(2)的反应为氯酸钾氧化VO2+生成VO3-，依据电荷守恒和原子守恒配平得到的离子方程式为：6VO2+ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+；(3)根据表中数据判断，中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7-1.8，此时钒沉淀率达到最大，需要氨水量较小；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，此时pH=2，c(H+)=10-2mol/L，c(OH-)=10-12mol/L，则溶液中c(Fe3+)浓度依据溶度积计算，KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=2.610-39，计算得到c(Fe3+)=2.610-3molL-1，不产生Fe(OH)3沉淀，则
37、溶液中c(Fe3+)2.610-3molL-1；(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。10.【答案】(1)加快酸浸和氧化反应的速率(2)Fe2+；VO+2H+MnO2=Mn2+VO2+H2O;(3)Mn2+；Al3+和Fe3+(4)Fe(OH)3；(5)NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3+NaCl；(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。【解析】【分析】本题为工艺流程题，主要考查常见物质的性质、反应条件的选择、化学方程式的书写等知识，弄清每步操作的意图、熟知常见物质的性质是解题的关键，难
38、度中等。【解答】(1)“酸浸氧化”需加热其原因主要是为了加快酸浸和氧化反应的速率，故答案为：加快酸浸和氧化反应的速率；(2)Fe2+在酸性条件下被MnO2氧化，故除VO+和VO2+被氧化外，还有Fe2+被氧化；加入MnO2将VO+氧化为VO2+，其自身被还原为Mn2+，离子方程式为VO+2H+MnO2=Mn2+VO2+H2O，故答案为： Fe2+；VO+2H+MnO2=Mn2+VO2+H2O;(3)“酸浸氧化”后溶液中含有的含金属元素的阳离子为：K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、VO2+，“中和沉淀”过程中加入NaOH调节溶液的pH为3.03.1，钒水解为V2O5xH2O，同时引入
39、Na+，结合题中所给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH，Mn2+不沉淀，Fe3+沉淀接近完全， Al3+刚开始沉淀，所以除K+、Mg2+、Na+外，溶液中还有Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故答案为：Mn2+；Al3+和Fe3+；(4)滤饼的成分为：V2O5xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，在“沉淀转溶“过程中V2O5xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3与NaOH反应转化为NaAlO2溶解，而Fe(OH)3与NaOH不反应，故滤渣的成分为Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3；(5)“调pH”中NaAlO2与盐酸反应生成Al(OH)3沉淀，故答案为：NaAlO2+HCl+H
40、2O=Al(OH)3+NaCl；(6)“沉钒”过程中析出NH4VO3晶体，而NH4VO3(s)NH4+VO3+，加入过量NH4Cl，会使平衡逆向移动，促进NH4VO3尽可能析出完全，故答案为：利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。11.【答案】(1)V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2；Na2SiO3(2)0.8(3)N2H42HCl+2V2O3+6HCl=4VOCl2+N2+6H2O；有氯气生成，污染空气(4)将VO2+氧化为VO2+；【解析】略12.【答案】(1)2V2O3+O2+8H+=4VO2+4H2O；V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2+3H2O；(2)将
41、Fe3+转化为Fe2+；硫氰化钾溶液；(3)c；(4)0.5；(5)0.206mol/L【解析】【分析】本题主要考查的是无机工业流程，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应、混合物分离提纯方法为解答关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物知识的应用，题目难度较大。【解答】废钒的主要成分V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2，由流程可知，加入稀硫酸、通入氧气发生反应，生成硫酸铁、VOSO4，而SiO2不反应，过滤，萃取前加入铁粉将铁离子还原为亚铁离子，利用有机溶剂H2R萃取，分液后加入反萃取剂得到VO2+，再加入KClO3，将VO2+氧化为VO3-，再加入氨水得到沉淀NH4VO3
42、，过滤后煅烧得到五氧化二钒。(1)“酸浸、氧化”过程中V2O3转化为VO2+，反应的离子方程式为2V2O3+O2+8H+=4VO2+4H2O，铁的氧化物与硫酸反应，二氧化硅不与硫酸反应，因此滤渣成分是SiO2，若用浓盐酸代替硫酸，V2O5转化为VO2+，同时生成有毒的黄绿色气体(氯气)，反应的化学方程式为V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2+3H2O；(2)根据有机溶剂H2R对VO2+及Fe3+萃取率高，但不能萃取Fe2+，因此萃取前用“铁粉”对浸出液进行处理，主要目的是将Fe3+转化为Fe2+，为检验处理后的浸出液中是否含有Fe3+，可选用的化学试剂是KSCN溶液，观察是否出现血红色；(
43、3)“溶剂萃取与反萃取”可表示为：，为了提高VO2+的产率，反萃取剂主要提高氢离子浓度，使得向反萃取方向进行，只有c符合；(4)反萃取后的水层中加KClO3，使VO2+变为VO3-，ClO3-变为C1-，当反应3molVO2+时，至少需要KClO3的物质的量n(KClO3)6=n(VO2+)1，n(KClO3)6=31，解得n(KClO3)=0.5mol；(5)已知NH4VO3难溶于水，Ksp=3.010-8，向10mL0.2molL-1NaVO3的滤液中加入等体积的NH4Cl溶液(忽略混合过程中的体积变化)，则沉淀VO3-消耗NH4Cl的物质的量n(NH4Cl)=0.2molL-10.01L
44、=0.002mol，欲使VO3-沉淀完全，需要NH4Cl溶液的浓度为3.010-81.010-5mol/L=3.010-3mol/L，因此NH4Cl溶液的最小浓度为0.002mol+3.010-3mol/L0.02L0.01L=0.206mol/L。13.【答案】(1)充分接触，加快溶解；VO2+2H2OVO(OH)2+2H+(2)10Al+3V2O5 5Al2O3+6V；氯酸钾和镁条(3)V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O(4)过滤、洗涤、干燥(5)1.610-3【解析】【分析】本题是一道工业流程题，考查物质的分离和提纯，为高频考点，侧重考查氧化还原反应、离子反应方
45、程式的书写，明确反应原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应及实验基本操作，题目难度中等。【解答】(1)废钒催化剂，粉碎的目的是增大接触面积加快溶解，VOSO4溶液水解显酸性，水解离子方程式为：VO2+2H2OVO(OH)2+2H+，故答案为：充分接触，加快溶解；VO2+2H2OVO(OH)2+2H+；(2)工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，铝和五氧化二钒在高温下发生置换反应生成V，根据反应物、生成物及反应条件书写方程式为：10Al+3V2O55Al2O3+6V，引发铝热反应的操作是：在纸漏斗中加入铝热剂后，再铺上氯酸钾，插入镁条；故答案为：10Al+3V2O55Al2O3+6V；氯酸钾和
46、镁条；(3)反应用Na2SO3和硫酸酸浸使催化剂中的V2O5转变成可溶于水的VOSO4，反应的离子方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O，故答案为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2+SO42-+2H2O；(4)该工艺中反应的沉淀率是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式为：NH4+VO3-=NH4VO3，为得到纯净的NH4VO3固体，首先要进行过滤，然后对固体进行洗涤，干燥即可获得NH4VO3固体故答案为：过滤、洗涤、干燥；(5)已知常温下NH4VO3的溶解度为0.468g100g水，即0.1L溶液中溶质物质的量=0.468g117g/mol=0.004m
47、ol，溶质物质的量浓度c(NH4VO3)=0.004mol0.1L=0.04mol/L，则NH4VO3的溶度积常数Ksp=c(NH4+)c(VO3-)=0.040.04=1.610-3，故答案为：1.610-3。14.【答案】(1)粉碎废钒催化剂、升高温度、适当提高硫酸的浓度、搅拌等(2)V2O5+2H+=2VO2+H2O(3)0.5(4)Fe(OH)3和Al(OH)3(5)碱(6)2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O【解析】(1)“酸浸”废钒催化剂时，为了提高浸取率可采取的措施有粉碎废钒催化剂、升高温度、适当提高硫酸的浓度、搅拌等。(2)“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程
48、式为V2O5+2H+=2VO2+H2O。(3)“氧化”VO2+变为VO2+时，V由+4价+5价，1molVO2+失1mole-，1molKClO3变为Cl-得6mole-，则关系式为6VO2+KClO3，因此3mol的VO2+变为VO2+，需要氧化剂KClO30.5mol。(4)Fe2O3、Al2O3溶于酸后加入KOH，则转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。(5)增大OH-浓度能提高R4V4O12的转化率，故为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈碱性。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，经“煅烧”生成V2O5，反应方程式为 2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O。15.【答案】(
49、1)CaCO3、SiO2、Fe2O3(2)1.4103(3)V10O286-(4)NH4+VO3-=NH4VO3(5)51m191(或其他合理答案)(6)VO2+-e-+H2O=VO2+2H+ 0.15【解析】【分析】本题考查了物质制备的工艺流程，题目难度中等，涉及离子方程式的书写、化学平衡常数的计算、电化学原理等，试题侧重于考查学生的分析问题和解决问题的能力，注意相关基础知识的学习与积累。【解答】(1)矿粉中加入加入Na2CO3溶液浸取，Ca(VO3)2与Na2CO3溶液反应生成CaCO3，SiO2、Fe2O3不反应，则“浸渣1”的主要成分是CaCO3、SiO2、Fe2O3；(2)Ca(VO
50、3)2(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+2VO3-(aq)的该平衡常数K=c2VO3-cCO32-=KspCaVO32KspCaCO3=6.910-64.910-9=1.4103；(3)由题给流程可知，浸出液已用CO2调节pH为8，对照题给钒元素在不同pH的存在形态表格可知，钒(V)的存在形态为V10O286-。(4)沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，反应的离子方程式为)NH4+VO3-=NH4VO3；(5)根据V原子守恒可知，m1kgV2O5理论上可制得金属钒的质量为m1182251kg=51m191kg；(6)根据电池工作原理可知，充电时阳极上发生氧化反应，VO2+转化为VO2+，电极反应式为VO2+-e-+H2O=VO2+2H+。放电时，正极反应式为VO2+2H+e-=VO2+H2O，外电路通过0.15mole-时，正极区消耗0.3molH+，同时负极区有0.15molH+通过质子交换膜进入正极区，故正极区溶液中减少0.15molH+。
