Question

釩及化合物用途廣泛。工業上常用含少量Al₂O₃的釩鐵礦（FeO×V₂O₅）堿熔法提取V₂O₅。簡要工藝流程如下：
   
已知：①焙燒時可發生反應：V₂O₅+Al₂O₃+2Na₂CO₃2NaVO₃+2NaAlO₂+2CO₂↑
②常溫下物質的溶解度：NaVO₃～21.2 g /100g水；HVO₃～0.008 g/100g水
（1）“浸出渣B”的主要成分是            。（寫化學式）
（2）生產中，不直接用H₂SO₄浸泡“燒渣A”獲取HVO₃的原因是                。
（3）“操作①”包括     、洗滌。如果不洗滌，則產品中可能含有的金屬陽離子是     、     。下列裝置（部分夾持儀器省去）可用在實驗室進行“操作②”的是    。（填序號）

A                  B                 C                     D
（4）NaVO₃用于原油的脫硫技術，由V₂O₅溶于NaOH溶液中制取，反應的離子方程式為                                                     。
（5）V₂O₅還可用于將硅鐵煉成釩鐵。生產中加入CaO可節能減排。有關反應如下：
2V₂O₅(l)+ 5Si(s)+ 5CaO(s)=" 4V(s)+" 5CaSiO₃(s) △H₁ =" —2096.7" kJ/mol
已知：CaSiO₃(s)=" CaO(s)+" SiO₂(s)  △H₂ =" +92.5" kJ/mol
則：2V₂O₅(l)+ 5Si(s)=" 4V(s)+" 5SiO₂(s) △H₃ =                  。

Answer 1

（17分）
（1）Fe₂O₃或Fe₃O₄，或者Fe₂O₃和Fe₃O₄   （2分）     
（2）H₂SO₄與NaVO₃反應生成難溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些燒渣的表面，阻礙了反應的進行，從而降低了HVO₃產率，且使產生的HVO₃不純。另外，鐵的氧化物會和硫酸反應生成鐵離子，增加干擾離子，消耗硫酸，浪費資源。（4分）
（3）過濾（2分）  Na⁺、Al³⁺（2分）  D （2分）
（4）V₂O₅ +2OH^－ 2VO₃^－+ H₂O （3分）（可以沒有加熱符號）
（5）—1634.2 kJ/mol （2分）

解析試題分析：（1）依題意，焙燒時不僅發生反應：V₂O₅+Al₂O₃+2Na₂CO₃2NaVO₃+2NaAlO₂+2CO₂↑，而且FeO被空氣中的氧氣氧化為氧化鐵（或四氧化三鐵或既有氧化鐵又有四氧化三鐵），因為+2價的鐵元素在高溫下易被氧化；由于加入的碳酸鈉過量，則氧化鋁、五氧化二釩全部轉化為可溶性的鈉鹽，加入足量水浸取時，鐵的氧化物難溶于水，則浸出渣B的主要成分是Fe₂O₃或Fe₃O₄，或者Fe₂O₃和Fe₃O₄；（2）由已知信息②可知，H₂SO₄與NaVO₃反應生成難溶的HVO₃，HVO₃包裹在一些燒渣的表面，阻礙了反應的進行，從而降低了HVO₃產率，且使產生的HVO₃不純；另外，鐵的氧化物會和硫酸反應生成鐵離子，增加干擾離子，消耗硫酸，浪費資源，因此不采取硫酸浸取燒渣；（3）由于HVO₃的溶解度很小，HVO₃難溶于水，從浸出液中分離難溶物的方法是過濾、洗滌，由此確定操作①的方法；如果不洗滌，HVO₃吸附了可溶性的硫酸鈉、硫酸鋁典禮處的鈉離子和鋁離子；HVO₃是難溶性酸，與硅酸類似，受熱可以分解，加熱固體物質只能在坩堝中進行實驗，因此選D；（4）五氧化二釩與NaOH溶液反應生成釩酸鈉和水，不涉及氧化還原反應，說明五氧化二釩具有酸性氧化物的性質，氧化物應保留化學式，則該反應為V₂O₅ +2OH^－ 2VO₃^－+ H₂O；（5）先給三個熱化學方程式依次編號為①②③，觀察發現①+②×5=③時可以約去5CaO(s)、5CaSiO₃(s)，根據蓋斯定律，則①的焓變+②的焓變×5=③的焓變，即△H₃ ="—2096.7" kJ/mol +5×92.5 kJ/mol=—1634.2 kJ/mol。
考點：考查物質制備化學工藝流程，涉及浸出渣的主要成分、解釋浸取方式的原因、混合物分離與提純的方法、洗滌除去的金屬陽離子、高溫加熱固體的實驗儀器及裝置、離子方程式、蓋斯定律等。