精练04 化学工艺流程常考元素：钒 -备战2025年高考 化学工艺流程 考点剖析 对点精练（全国通用）

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已知：V2O5是以酸性为主的两性化合物，偏钒酸铵(NH4VO3)与偏钒酸钙[Ca(VO3)2]均难溶于水，在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙。下列说法错误的是
A．气体②的成分为CO2
B．盐浸工序得到滤渣的成分为CaCO3
C．洗脱工序中洗脱液的主要成分为NaCl
D．延长沉钒时间、增大NH4Cl溶液的浓度有利于沉钒
【答案】A
【详解】钒矿石中含V2O5，杂质为大量Al2O3和少量CaO等，向其中加入NaOH热熔，V2O5先转化为NaVO3，然后NaVO3与CaO反应会产生偏钒酸钙[Ca(VO3)2]，Al2O3反应转化为NaAlO2，生成的NaAlO2与CaO反应转化为偏铝酸钙Ca(AlO2)2，再加入纯碱Na2CO3，Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2转化为CaCO3沉淀，同时产生可溶性NaVO3、NaAlO2而溶于水，Ca(A1O2)2、Ca(VO3)2、CaCO3难溶于水，过滤除去滤渣，向滤液中加入树脂进行离子交换，经洗脱液洗脱，富集和提纯，再加入NH4Cl溶液沉淀钒，生成NH4VO3沉淀，过滤，再将滤液回流到离子交换工序，将滤渣NH4VO3进行焙烧得到V2O5，据此分析解答。
A．加入NH4Cl溶液沉钒，形成NH4VO3沉淀，将其煅烧，发生反应：2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O，可见反应产生的气体②的主要成分为NH3，A错误；
B．钒矿石中含V2O5及大量Al2O3和少量CaO等杂质，在用NaOH热熔时，V2O5转化为偏钒酸钙[Ca(VO3)2]，Al2O3转化为Ca(AlO2)2，然后加入纯碱盐浸，Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2反应产生CaCO3沉淀，同时得到可溶性物质NaVO3、NaAlO2，故盐浸工序得到滤渣的成分主要为CaCO3，B正确；
C．由离子交换树脂的组成可知，洗脱液中应含氯离子，考虑到水浸所得溶液中含有钠离子，为避免引入其它杂质离子，且氯化钠价廉易得，洗脱工序中洗脱液的主要成分为NaCl，C正确；
D．沉钒过程是生成NH4VO3沉淀，因此延长沉钒时间、增大NH4Cl溶液的浓度，有利于沉钒，D正确；
故合理选项是A。
2．（24-25高三上·河南·模拟预测）氧钒碱式碳酸铵晶体{，难溶于水)，是制备热敏材料的原料。其制备过程如下。下列说法正确的是
A．是铵盐，也是碳酸氢盐，其分类方法为树状图法
B．氧钒碱式碳酸铵晶体中Ⅴ的化合价为
C．从环保角度考虑，步骤Ⅰ不能使用浓盐酸代替
D．步骤Ⅱ可能需要分液漏斗、烧杯、玻璃棒等仪器
【答案】C
【详解】A．是铵盐，也是碳酸氢盐，其分类方法为交叉分类法，A错误；
B．氧钒碱式碳酸铵晶体中为+1价，为-2价，OH-为-1价，根据化合价代数和为0可知VO的原子团是VO2+，故V为+4价，B错误；
C．若用浓盐酸代替，会产生有毒的，C正确；
D．步骤Ⅱ是结晶后过滤，不需要分液漏斗，D错误；
答案选C。
3．（2024·福建莆田·三模）某V2O5失活催化剂是重要的含钒二次资源。从酸浸处理之后的浸出液中提取钒的一种工艺流程如图。下列说法错误的是
已知：HA(有机酸性萃取剂)对金属阳离子萃取能力的顺序：Fe3+＞VO2+＞Fe2+
A．物质X为高锰酸钾溶液
B．反萃取时，物质Y可以选用硫酸
C．氧化过程中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为6：1
D．调pH时，发生反应：VO+2NH3•H2OVO+2NH+H2O
【答案】A
【详解】根据流程图，结合HA(有机酸性萃取剂)对金属阳离子萃取能力可知，物质X应为还原剂，将铁离子还原为亚铁离子，便于萃取，经过萃取后，通过加入反萃取剂硫酸，可将从萃取剂中分离出，经过氧化、调pH、沉钒及焙烧操作得。
A．若物质X为高锰酸钾溶液，会将亚铁离子氧化为铁离子，结合HA(有机酸性萃取剂)对金属阳离子萃取能力可知，会先萃取，与题意不符，A错误；
B．HA为有机酸性萃取剂，反萃取及应为酸，结合后续流程离子种类判断可为硫酸，B正确；
C．氧化过程中V元素化合价从+4价升高为+5价（），Cl元素从+5价降低为-1价，根据得失电子守恒，氧化产物与还原产物的物质的量之比为6：1，C正确；
D．调pH时，发生反应：VO+2NH3•H2OVO+2NH+H2O，D正确；
答案选A。
4．（2024·江苏南通·模拟预测）工业利用钒渣(主要成分为FeV2O4，杂质为Al2O3)制备V2O5的工艺流程如下：
已知：“焙烧”的产物之一为NaVO3.下列说法不正确的是
A．“焙烧”时，
B．“调pH”的目的是将溶液中的铝元素转化为而除去
C．不选用HCl“调pH”的原因可能与的氧化性较强有关
D．“沉钒”后的溶液中
【答案】D
【详解】钒渣(主要成分为FeV2O4，杂质为Al2O3)，焙烧过程中FeV2O4生成对应的金属氧化物Fe2O3，Al2O3转化为NaAlO2，“焙烧”的产物之一为NaVO3，加入水浸出，Fe2O3成为滤渣；过滤后向滤液中加入硫酸，将转化为Al(OH)3，过滤后向滤液中加入(NH4)2SO4后得到NH4VO3沉淀，焙烧得到产品，据此分析。
A．“焙烧”时，FeV2O4和O2发生氧化还原反应生成Fe2O3和NaVO3，铁元素化合价由+2价升高至+3价、V元素化合价由+3价升高至+5价，1mlFeV2O4失去5ml电子，1mlO2得4ml电子，根据得失电子守恒可得关系式：4FeV2O4~5O2，O2是氧化剂，FeV2O4是还原剂，，A正确；
B．由分析可知，“调pH”的目的是将溶液中的铝元素转化为而除去，B正确；
C．的氧化性较强，不选用HCl“调pH”的原因是：把Cl-氧化为有毒气体Cl2，C正确；
D．“沉钒”后得到的饱和溶液，，D错误；
故选D。
5．（2024·河北沧州·三模）一种从某钒矿石(主要成分为、、和)中提钒的工艺流程如图所示：
已知：P204(磷酸二异辛酯，用HA表示)能够萃取溶液中的，萃取的原理是：
下列说法错误的是
A．“氯化焙烧”时气体与矿料应逆流而行
B．试剂a为草酸()溶液，试剂b为硫酸溶液
C．“氯化焙烧”、“酸浸”和“还原”的操作过程中均有氧化还原反应发生
D．“操作X”为反萃取、分液，使用的主要玻璃仪器有梨形分液漏斗、烧杯
【答案】C
【详解】钒矿石经过氯化焙烧生成氯气和矾酸钠，钒酸钠经过酸浸生成(VO2)2SO4，(VO2)2SO4被试剂a还原再经过萃取分液、反萃取等操作最终得到VOSO4。
A．“氯化焙烧”时气体与矿料逆流而行，能使反应物充分接触，加快反应速率，A正确；
B．试剂a可以为草酸()溶液，草酸具有还原性，能将＋5价钒还原成＋4价钒；试剂b为硫酸溶液，用作反萃取剂，B正确；
C．“氯化焙烧”和“还原”的操作过程中均有氧化还原反应发生，“酸浸”的操作过程中各物质的化合价没有发生变化，不属于氧化还原反应，C错误；
D．“操作X”为反萃取、分液，使用的主要玻璃仪器有梨形分液漏斗、烧杯，D正确；
故选C。
6．（2024·河北唐山·模拟预测）含钒碳质金矿是一种含金和的矿物，杂质主要为、、等。一种从含钒碳质金矿中提取金和钒的工艺流程如下：
已知：萃取剂P507(用HR表示)的萃取平衡可表示为。
回答下列问题：
(1)“氯化焙烧”时将矿料粉碎的目的是 。
(2)“氯化焙烧”时生成的可将金元素、锌元素转化为氯化物。部分反应的与温度的关系及焙烧温度与金的挥发率和酸浸时钒的浸出率如图所示。
①结合图像分析，焙烧的最佳温度为 ，原因为a．金的挥发率和钒的浸出率均较高，b． 。
②氯化烟气的主要成分为(沸点)、(沸点)和 (填化学式)，对烟气降温，主要得到、混合物，对混合物进行 (填操作名称)可进一步提取金。
(3)室温下，随着pH和浓度的变化，五价钒微粒的区位优势图如下图所示。“调pH”时，调节pH至1~2的目的是 。
(4)下列有利于沉钒过程的两种操作为 (填序号)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至强碱性c．高温沉钒 d．增大溶液的浓度
(5)固体煅烧得到的化学方程式为 。
【答案】
(1)增大反应物的接触面积，使反应更充分且能加快反应速率
(2) 反应①的，可生成氯气和，促进氯化反应的发生以及金和钒的分离 、、 蒸馏
(3)将转化为，利于被P507萃取，同时增大浓度，提高萃取率
(4)ad
(5)
【详解】含钒碳质金矿在空气中与氯化钙一起氯化焙烧，得到的氯化烟气经一系列操作得到金，其余的物质用稀硫酸酸浸调pH值，除去二氧化硅滤渣，得到滤液经过P507萃取之后，再用硫酸反萃取，再调pH值6~8，得到含钒溶液，用氯化铵进行沉钒，得到钒酸铵。
（1）“氯化焙烧”时将矿料粉碎的目的是增大反应物的接触面积，使反应更充分且能加快反应速率。
（2）①结合图像分析，焙烧的最佳温度为，原因为a．金的挥发率和钒的浸出率均较高，b．反应①的，可生成氯气和，促进氯化反应的发生以及金和钒的分离。
②含钒碳质金矿杂质主要为、、等，氯化烟气的主要成分为(沸点)、(沸点)和、、。
（3）随着pH和浓度的变化，五价钒微粒的区位优势图如图所示,则“调pH”时，调节pH至1~2可将转化为，利于被P507萃取，同时增大浓度，提高萃取率。
（4）a．延长沉钒时间使与充分反应，利于沉钒过程；
b．将溶液调至强碱性，与OH-生成NH3·H2O，不利于沉钒过程；
c．高温条件易挥发出NH3，不利于沉钒过程；
d．增大溶液的浓度，使充分转化为钒酸铵，利于沉钒过程；
故选ad。
（5）固体煅烧得到、NH3和H2O，化学方程式为。
7．（2020·全国·高考真题）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+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：
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，同时还有 离子被氧化。写出VO+转化为反应的离子方程式 。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、 ，以及部分的 。
(4)“沉淀转溶”中，转化为钒酸盐溶解。滤渣③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 。
【答案】加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全） Fe2+ VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O Mn2+ Fe3+、Al3+ Fe(OH)3 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O 利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
【详解】黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时VO+和VO2+被氧化成，Fe3O4与硫酸反应生成的Fe2+被氧化成Fe3+，SiO2此过程中不反应，滤液①中含有、K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、；滤液①中加入NaOH调节pH=3.0~3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH，此过程中Fe3+部分转化为Fe(OH)3沉淀，部分Al3+转化为Al(OH)3沉淀，滤液②中含有K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、，滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，滤饼②中加入NaOH使pH>13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为NaAlO2，则滤渣③的主要成分为Fe(OH)3；滤液③中含钒酸盐、偏铝酸钠，加入HCl调pH=8.5，NaAlO2转化为Al(OH)3沉淀而除去；最后向滤液④中加入NH4Cl“沉钒”得到NH4VO3。
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全），故答案为：加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）；
(2)“酸浸氧化”中，钒矿粉中的Fe3O4与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化性，Fe2+具有还原性，则VO+和VO2+被氧化成的同时还有Fe2+被氧化，反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；VO+转化为时，钒元素的化合价由+3价升至+5价，1mlVO+失去2ml电子，MnO2被还原为Mn2+，Mn元素的化合价由+4价降至+2价，1mlMnO2得到2ml电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，VO+转化为反应的离子方程式为VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O，故答案为：Fe2+，VO++MnO2+2H+=+Mn2++H2O；
(3)根据分析，“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故答案为：Mn2+，Fe3+、Al3+；
(4)根据分析，滤渣③的主要成分是Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3；
(5)“调pH”中有沉淀生成，是NaAlO2与HCl反应生成Al(OH)3沉淀，生成沉淀反应的化学方程式是NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O，故答案为：NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是：增大NH4+离子浓度，利用同离子效应，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。
8．（2024·河北·高考真题）是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知：
i石煤是一种含的矿物，杂质为大量和少量等；苛化泥的主要成分为等。
ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题：
(1)钒原子的价层电子排布式为 ；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为 ，产生的气体①为 (填化学式)。
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为 (填化学式)。
(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为 ；加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为 ；浸取后低浓度的滤液①进入 (填工序名称)，可实现钒元素的充分利用。
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为 (填化学式)。
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为 (填序号)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性 c．搅拌 d．降低溶液的浓度
【答案】
(1)
(2)
(3) 提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放 离子交换
(4)
(5)bd
【详解】石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成、、、、和等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如)和不溶性物质[、等]，过滤后滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯，加入氯化铵溶液沉钒，生成，经一系列处理后得到V2O3；滤渣①在，的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，通过盐浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行的富集。
（1）钒是23号元素，其价层电子排布式为；焙烧过程中，氧气被还原，被氧化生成，偏钒酸盐中钒的化合价为价；在以上开始分解，生成的气体①为。
（2）由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是。
（3）在弱碱性环境下，与和反应生成、和，离子方程式为：； CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C可提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放；滤液①中含有、等，且浓度较低，若要利用其中的钒元素，需要通过离子交换进行分离、富集，故滤液①应进入离子交换工序。
（4）由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有，考虑到水浸所得溶液中含有，为避免引人其他杂质离子，且廉价易得，故洗脱液的主要成分应为。
（5）a．延长沉钒时间，能使反应更加完全，有利于沉钒，a不符合题意；
b．呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，与反应，不利于生成，b符合题意；
c．搅拌能使反应物更好的接触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c不符合题意；
d．降低溶液的浓度，不利于生成，d符合题意；
故选bd。
9．（2024·四川绵阳·模拟预测）已知在时溶解度最小。某工厂利用钒铬渣提取液(主要成分为和)制备和晶体，流程如下：
不同温度下相关物质的溶解度
(1)关于“钒铬分离”过程，下列说法正确的是_______。
A．研磨可防止生成的沉淀覆在表面，提高利用率
B．研磨减小了所得钒渣的粒径，提高了后续步骤中钒渣的浸出率
C．相对于20℃、40℃，工业上更宜选用60℃
D．该过程发生了氧化还原反应
(2)从滤液A中获取晶体时，应采用的结晶方法为 (填“蒸发结晶”或“冷却结晶”)；残留的含铬废水不能直接排放，处理时需要经过“酸化→还原→沉降”三个步骤，用溶液还原时，还原产物为，则反应的离子方程式： ；为了使不高于ml·L，“沉降”时应调节pH (保留两位有效数字)[该温度下的近似为]。
(3)“转化”过程中选用溶液不选用溶液的可能原因为 。
(4)该流程中可循环利用的物质主要有 。
(5)某工厂用1m3钒铬渣提取液[ ml·L]最终制得质量为58.5kg，则产率为 %。
【答案】
(1)AB
(2)蒸发结晶
(3)过多会使溶液酸度增加，影响的结晶；或使用所得滤液可循环利用
(4)、、NH4HCO3
(5)50
【详解】由题干流程图可知，“钒铬分离”主要反应为：3Ca(OH)2+2NaVO3=Ca3(VO4)2↓+2NaOH+2H2O，过滤得滤液A为Na2CrO4，钒渣的主要成分为Ca3(VO4)2，“浸出”发生的主要反应为：Ca3(VO4)2+4NaHCO3=3CaCO3↓+2NaVO3+2H2O+Na2CO3，过滤得出浸出渣主要成分为CaCO3，高温煅烧得到CaO，CaO和H2O得到固体B为Ca(OH)2，浸出液主要含有NaVO3，“转化”步骤中发生的反应为：NH4HCO3+NaVO3=NH4VO3↓+NaHCO3，过滤洗涤、干燥得到NH4VO3晶体和滤液，据此分析解题。
（1）A．研磨使钒铬渣的颗粒变小，可防止生成的沉淀覆在Ca(OH)2表面，提高Ca(OH)2利用率，A正确；
B．研磨减小了所得钒渣的粒径，增大“浸出”等步骤中反应时的接触面积以提高了后续步骤中钒渣的浸出率，B正确；
C．由表中数据可知，40℃和60℃时Ca3(VO4)2的溶解度相同，而60℃时需消耗更多的能源，故工业上更宜选用40℃，C错误；
D．由分析可知，该过程中的反应方程式为：3Ca(OH)2+2NaVO3=Ca3(VO4)2↓+2NaOH+2H2O，该反应为非氧化还原反应，D错误；
故选AB。
（2）由表中数据可知，的溶解度随温度变化不明显，故从滤液A中获取晶体时，应采用的结晶方法为蒸发结晶；残留的含铬废水不能直接排放，处理时需要经过“酸化→还原→沉降”三个步骤，酸化时发生的反应为：，用溶液还原时，还原产物为Cr3+，根据氧化还原反应配平可得反应的离子方程式为：；为了使不高于ml·L，“沉降”时，故应调节。
（3）由于NH4Cl溶液的酸性强于溶液的酸性，为防止过多NH4Cl会使溶液酸度增加，影响的结晶，且使用所得滤液可循环利用，故 “转化”过程中选用溶液不选用溶液。
（4）由分析可知，该流程中可循环利用的物质有固体B即Ca(OH)2、“转化”步骤中生成的NaHCO3和“转化”步骤中滤液中的NH4HCO3。
（5）某工厂用1m3钒铬渣提取液[ ml·L]最终制得质量为58.5kg，则产率为。
10．（2024·全国·模拟预测）利用某废催化剂(含V2O5、TiO2及少量MgO)提取V、TiO2和的工艺流程如图所示。
已知常温下：
①Na3VO4和NaVO3可溶于水；
②，；
③溶液中某离子浓度时，认为该离子沉淀完全。
回答下列问题：
(1)“滤渣a”的成分为Na2TiO3和MgO，酸浸、调pH”生成TiO(OH)2的离子方程式为 ；调溶液pH最小值为 。
(2)已知Na2SO4和MgSO4的溶解度曲线如图所示。“滤液b”含有Na2SO4和少量MgSO4，从中获得的“系列操作”包含 、过滤、冷水洗涤、干燥。
(3)已知常温下NH4VO3的溶解度为0.468g，则NH4VO3的溶度积常数为 (假设水溶解溶质后体积不变)。“沉钒”过程中，一般要加入过量铵盐，其原因是 。
(4)常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒，反应的化学方程式为 。
(5)全钒液流电池的工作原理为。此电池的两极区被质子交换膜隔开，则负极区溶液中的含钒离子为 (填“”“”“”“”四种微粒中的两种)；充电时，阳极区溶液pH (填“增大”或“减小”)。
【答案】
(1)Na2TiO3+2H+= TiO(OH)2+2Na+ 2
(2)蒸发浓缩、冷却结晶
(3)1.6×10-3 增大铵根离子浓度，使沉淀完全
(4)
(5)、 减小
【详解】废催化剂(含V2O5、TiO2及少量MgO)，加氢氧化钠“碱浸”， V2O5和氢氧化钠反应生成可溶性Na3VO4，TiO2和氢氧化钠反应生成难溶性Na2TiO3，过滤，滤渣a中含有Na2TiO3和MgO，滤液中含有Na3VO4，Na3VO4溶液加盐酸调pH生成NaVO3，加铵盐生成NH4VO3沉淀，灼烧生成V2O5，V2O5发生铝热反应生成V；滤渣a加硫酸，Na2TiO3和硫酸反应生成难溶性TiO(OH)2，氧化镁和硫酸反应生成硫酸镁，过滤，得到TiO(OH)2沉淀和滤液b，TiO(OH)2焙烧生成TiO2，滤液b蒸发浓缩、冷却结晶得。
（1）“滤渣a”的成分为Na2TiO3和MgO，“酸浸、调pH”， Na2TiO3和硫酸反应生成TiO(OH)2和硫酸钠，反应的离子方程式为Na2TiO3+2H+= TiO(OH)2+2Na+；沉淀完全时c(TiO2+)，，则c2(OH-)×c(TiO2+)=1×10-29，得到，所以调溶液pH最小值为2；
（2）“滤液b”含有Na2SO4和少量MgSO4，低温时，硫酸钠的溶解度明显随温度降低而减小，从中获得的“系列操作”包含蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冷水洗涤、干燥。
（3）常温下NH4VO3的溶解度为0.468 g，100mL饱和溶液中含有0.468g，n(NH4VO3)= ，c(NH4VO3)=0.04ml/L，则的溶度积常数为0.04ml/L×0.04ml/L=1.6×10-3；“沉钒”过程中，一般要加入过量铵盐，其原因是增大铵根离子浓度，使沉淀完全；
（4）常用铝热反应法由V2O5冶炼金属钒，反应的化学方程式为；
（5）根据，发生还原反应生成，发生氧化反应生成，原电池中负极发生氧化反应、正极发生还原反应，所以负极区溶液中的含钒离子为、；充电时，阳极发生氧化反应生成，阳极反应为，所以溶液pH减小。
11．（2023·湖南邵阳·三模）金属钒主要用于冶炼特种钢，被誉为“合金的维生素”。人们在化工实践中，以富钒炉渣(其中的钒以FeO•V2O3、V2O5等形式存在，还有少量的SiO2、Al2O3等)为原料提取金属钒的工艺流程如图所示：
提示：①钒有多种价态，其中+5价最稳定；
②V2O5在碱性条件下可转化为VO。
(1)可加快“高温氧化”速率的措施有 (填一条)。
(2)“气体X”和“气体Y”的化学式分别为 、 。
(3)“沉硅、沉铝”中得到含铝沉淀的离子方程式为 。
(4)写出“高温氧化”过程中发生反应的化学方程式 。
(5)写出“热解”时的化学方程式 。
(6)在“高温还原”反应中，氧化钙最终转化为 (写化学式)。
(7)已知：25℃时，NH3•H2O的电离平衡常数Kb=1.8×10-5，H2CO3的电离平衡常数Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11，判断NH4HCO3溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)。
【答案】
(1)将富钒炉渣粉碎(或将KClO3与富钒炉渣充分混合等)
(2)CO2 NH3
(3)AlO+HCO+H2O=Al(OH)3↓+CO
(4)6[FeO•V2O5]+5KClO33Fe2O3+6V2O5+5KCl
(5)2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O
(6)CaSiO3
(7)碱性
【详解】“焙烧"过程中加入KClO3可将低价铁、钒氧化为高价，而碳酸钠的作用是将SiO2、Al2O3和V2O5转化为相应的盐，都是生成CO2气体，但氧化铁不参与反应；KOH溶液“浸取”是将固体混合物溶解，而不溶解的氧化铁作为“滤渣1”的形式过滤出来；加碳酸氢铵的作用是先除去硅和铝(生成硅酸和氢氧化铝沉淀)，之后加入的硫酸铵可将钒转化为钒酸铵；“热解"是利用铵盐受热易分解的性质将钒酸铵加热分解得到五氧化二钒，同时释放出氨气；最后通过铝热反应将五氧化二钒还原为金属钒。
（1）将富钒炉渣粉碎（或将KClO3与富钒炉渣充分混合）均可加快“高温氧化”速率。
（2）由分析可知，“气体X”和“气体Y”的化学式分别为CO2和NH3。
（3）由分析可知，“沉硅、沉铝”中加碳酸氢铵和铝氢氧化铝沉淀，离子方程式为：AlO+HCO+H2O=Al(OH)3↓+CO。
（4）“焙烧"过程中加入KClO3可将FeO•V2O3氧化为Fe2O3和V2O5，化学方程式为：6[FeO•V2O5]+5KClO33Fe2O3+6V2O5+5KCl。
（5）“热解"是利用铵盐受热易分解的性质将钒酸铵加热分解得到五氧化二钒，同时释放出氨气，化学方程式为：2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O。
（6）V2O5和CaO、硅铁合金在高温下发生反应生成粗钒，V元素化合价下降，则Si元素化合价上升，氧化钙最终转化为CaSiO3。
（7）NH4HCO3溶液NH发生水解NH+H2O+H+，水解常数Kh=，HCO发生水解HCO+H2O H2CO3+OH-，水解常数Kh=，说明NH的水解程度小于HCO的水解程度，NH4HCO3溶液呈碱性。
12．（2024·甘肃张掖·模拟预测）钒属于稀有金属，在天然矿物中含量很低。从硫酸厂废弃的钒触媒(主要成分为、、、)中回收的流程如图所示。
回答下列问题：
(1)V元素在元素周期表中的位置为 。
(2)“活化焙烧”的目的是使转化为。已知反应过程中能被氧化生成，自身分解也可以生成，则该步骤所得尾气中硫元素的主要存在形式有 (填化学式)。
(3)常温下稀溶液的pH 7(填“>”“ 作为氧化剂将未反应的氧化为，提高产率
(4)0.4
(5) 2
【详解】钒触媒中主要成分为、、、，粉碎后活化焙烧，题干中说明该步骤的主要目的是转化为，使用碳酸氢铵将转化为，经过过滤除去不溶性的杂质，浓缩后进行加入氯化铵进行沉钒，铵根离子浓度增大而生成NH4VO3沉淀，再将NH4VO3在空气中煅烧得到V2O5。
（1）钒在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族；故答案为：第四周期第ⅤB族。
（2）在“活化焙烧”中转化为，V元素化合价升高，被氧化为生成，题干说明自身分解也可以生成，那么根据得失电子守恒可知，化合价降低的元素为硫元素，根据配平可知反应为：，则该步骤所得尾气中硫元素的主要存在形式有SO2、SO3，故答案为：SO2、SO3。
（3）常温下，已知的，，的，溶液中存在、，有：，，则，，可知碳酸氢根的水解程度更大，溶液呈碱性，的pH大于7；“活化焙烧”的目的是使转化为，而“浸出”步骤中有生成，同时转化为，反应的离子方程式为：；“活化焙烧”时可能有少量的未完全转化，推测“浸出”步骤中加入少量的主要作用是作为氧化剂将未反应的氧化为，提高产率，故答案为：>；；作为氧化剂将未反应的氧化为，提高产率。
（4）已知：，滤液，为使钒元素的沉降率达到98%，则沉淀后有，则至少应调节，故答案为：0.4。
（5）图中左侧为正极液储罐，右侧为负极液储罐，左侧为电极，右侧为负极，放电时正极电势高于负极，原电池中正极发生还原反应，电极反应式为：，再根据装置图可知负极发生的反应为，储能为充电过程，充电为放电的逆反应，左侧为阳极，电极反应为：，可知理论上电路中转移2ml电子时，会产生4mlH+，为平衡右侧电荷，会有2ml氢离子通过质子交换膜移动到右侧，则左侧正极液储罐中的净变化为2ml，故答案为：；2。
13．（2024·内蒙古包头·模拟预测）一种利用废脱硝催化剂（含、、等成分）提取钛、钒的工艺流程如下图所示：
已知：①钛酸钠难溶于水；
②溶液的酸性较强时，价钒主要以的形式存在。
③溶液中某离子浓度，认为该离子沉淀完全。
回答下列问题：
(1)上述流程中，发生的氧化还原反应有 个。
(2)“高温碱浸”中，需要高温的目的是 ；其生成钛酸钠的离子方程式是 。
(3)将氢氧化钙加入钨酸钠溶液中可得到钨酸钙，已知，，当溶液中沉淀完全时，溶液中最大值为 。
(4)“沉钒”过程中，一般要加入过量，其原因是 。
(5)沉钒过程中，沉钒率随溶液pH的变化如下图所示，沉钒率随溶液pH的增加先升高后降低的原因可能是 。
(6)焙烧过程发生反应：
（ⅰ）
（ⅱ）
现对样品进行焙烧，根据上述原理在如图坐标系内画出焙烧过程大致的热重变化曲线，并在纵坐标处标注固体发生的质量变化值，在横坐标标注必要的温度数值 。
【答案】
(1)3
(2)使反应更易进行，加快反应速率
(3)0.2
(4)利用同离子效应，促进尽可能析出
(5)pH较低时，转化为的程度较大；pH较高时，转化为的程度较大，减小，两种因素均使沉钒率降低
(6)
【详解】由题给流程控制，向废催化剂中加入氢氧化钠溶液，高温条件下碱浸，将钛元素转化为难溶于水的钛酸钠、钒元素和钨元素转化为钒酸根离子和钨酸根离子，过滤得到钛酸钠和钒钨液；向钛酸钠中加入硫酸溶液酸浸，将钛酸钠转化为钛酸，钛酸焙烧分解生成二氧化钛，二氧化钛与碳、氯气在高温条件下反应制得四氯化钛，氩气氛围中四氯化钛与镁共热发生置换反应制得金属钛；向钒钨液中加入盐酸调节溶液pH，将溶液中钨酸根离子转化为钨酸沉淀，过滤得到钨酸和钒酸钠溶液；向溶液中加入铵盐溶液，将钒酸钠转化为偏钒酸铵沉淀，过滤得到偏钒酸铵；偏钒酸铵受热分解生成氨气和五氧化二钒，五氧化二钒与合适的还原剂反应生成钒。
（1）由分析可知，题给流程中二氧化钛与碳、氯气在高温条件下反应制得四氯化钛的反应，氩气氛围中四氯化钛与镁共热发生置换反应制得金属钛的反应，五氧化二钒与合适的还原剂反应生成钒的反应都有元素发生化合价变化，则属于氧化还原反应的反应共有3个，故答案为：3；
（2）由分析可知，“高温碱浸”时加入氢氧化钠溶液，高温条件下碱浸的目的是将钛元素转化为难溶于水的钛酸钠、钒元素和钨元素转化为钒酸根离子和钨酸根离子，其中高温操作的目的是升高温度，使反应更易进行，加快反应速率，生成钒酸钠的反应为，故答案为：使反应更易进行，加快反应速率；；
（3）由溶度积可知，溶液中钨酸根离子完全沉淀时，溶液中钙离子浓度为=1×10—5ml/L，则溶液中的氢氧根离子浓度为=0.2ml/L，故答案为：0.2；
（4）钒酸铵在溶液中存在如下平衡：NH4VO3(s) NH(aq)+VO(aq)，则“沉钒”过程中加入过量氯化铵的目的是增大溶液中的铵根离子浓度，使溶解平衡逆向移动，有利于钒酸根离子完全转化为钒酸铵沉淀，故答案为：利用同离子效应，促进尽可能析出；
（5）由题给信息可知，溶液pH过低时，溶液酸性较强，钒酸根离子转化为VO离子，导致沉钒率降低，溶液pH过高时，铵根离子在溶液中水解程度增大，使得溶液中铵根离子浓度减小，导致沉钒率降低，所以沉钒率随溶液pH的增加先升高后降低，故答案为：pH较低时，转化为的程度较大；pH较高时，转化为的程度较大，减小，两种因素均使沉钒率降低；
（6）
由方程式可知，150~200℃时偏钒酸铵受热分解生成氨气和偏钒酸，则234g偏钒酸铵完全分解生成偏钒酸时固体减少质量为×17g/ml=34g，250~300℃时偏钒酸受热分解生成水和五氧化二钒，则偏钒酸完全分解生成五氧化二钒时固体减少质量为××18g/ml=18g，固体共减少52g，所以焙烧过程大致的热重变化曲线为。
14．（2024·安徽·一模）五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用的催化剂等。从废钒催化剂中(含有、、、、、等)回收钒，既能避免对环境的污染，又能节约宝贵的资源。回收工艺流程如下：
已知：
①“酸浸”时，和先与稀硫酸反应分别生成和。
②有机萃取剂萃取的能力比萃取的能力强。
③溶液中与可相互转化：，且为沉淀。
(1)“酸浸”时，加快浸出速率的措施有 (回答一条即可)；参与反应的离子方程式为 。
(2)滤渣2的主要成分有 ；“萃取”和“反萃取”时，将发生(水层)(有机层)，(有机层)(水层)(R表示，HA表示有机萃取剂)，“反萃取”加入的试剂为 (填化学式)。
(3)“氧化”过程中发生反应的离子方程式为 。
(4)该工艺流程中，可以循环使用的物质有水、氨气和 。
(5)滤渣2进一步处理可得到。欲配制450mL 0.1000 溶液，需称取的质量为 g。配制溶液时，下列实验操作会使所配溶液浓度偏低的是(填标号) 。
A．容量瓶清洗后，未经过干燥处理
B．定容操作时，仰视刻度线
C．定容操作时，俯视刻度线
D．定容后倒转容量瓶几次，发现液面最低点低于刻度线，再补加几滴水至刻度
(6)一定条件下能生成多钒酸铵，如(六钒酸铵)、(十钒酸铵)等。工业上用还原可以制得，该反应中还原剂与还原产物的物质的量之比为 。
【答案】
(1)废催化剂粉碎，适当增大试剂浓度，适当升温等
(2)、
(3)
(4)有机萃取剂(或有机相2)
(5)13.9 BD
(6)2∶1
【详解】从废钒催化剂中回收V2O5，由流程可知，“酸浸”时V2O5转化为，V2O4转成VO2+，FeSO4可使转化为VO2+，氧化铁、氧化铝均转化为金属阳离子，只有SiO2不溶，则过滤得到的滤渣1为SiO2，滤液中加过氧化氢将Fe2+氧化，再加KOH时，铁离子、铝离子转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，同时中和硫酸，过滤得到的滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液2萃取、分液，水相中蒸发结晶分离出硫酸钾，有机相1反萃取分离出有机萃取剂，水相含VO2+，氧化时发生3H2O++6VO2+=6+Cl-+6H+，溶液中与可相互转化：+H2O+2H+，“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，“煅烧”时分解生成V2O5，以此来解答。
（1）“酸浸”时，加快浸出速率的措施有废催化剂粉碎，适当增大试剂浓度，适当升温等，由上分析可知，“酸浸”时，FeSO4与(VO2)2SO4发生氧化还原反应，生成VOSO4和Fe2(SO4)3，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：；
（2）由分析可知，滤渣2的主要成分有、，由(水层)(有机层)(有机层)(水层) (R表示，HA表示有机萃取剂)可知，“反萃取”时，要使VO2+进入水层，使上述平衡向逆反应方向移动，应加入H2SO4；
（3）氧化过程是KClO3将VO2+氧化为，中氯元素得电子被还原为Cl-，根据得失电子守恒和电荷守恒配平其离子方程式为；
（4）钒酸铵加热分解生成V2O5、氨气和水，即2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O，NH3和H2O可循环使用，“萃取”和“反萃取”时，有机萃取剂也可循环使用；
（5）欲配制450mL 0.1000 溶液，需要用到500mL容量瓶，需称取的质量为0.5L×0.1000×278g/ml=13.9g：
A．容量瓶清洗后，未经过干燥处理对实验结构没有影响，A不选；
B．定容操作时，仰视刻度线会导致溶液的体积偏大，所配溶液的浓度偏小，B选；
C．定容操作时，俯视刻度线会导致溶液的体积偏小，所配溶液的浓度偏大，C不选；
D．定容后倒转容量瓶几次，发现液面最低点低于刻度线，再补加几滴水至刻度，会导致溶液的体积偏大，所配溶液的浓度偏小，D选；
故选BD；
（6）工业上用还原可以制得，在这个反应中，氢气作为还原剂，被氧化成水，而作为氧化剂，被还原成，根据得失电子守恒和原子守恒配平该反应方程式为：+10H2=5+6NH3+13H2O，还原剂为H2，还原产物为，该反应中还原剂与还原产物的物质的量之比为2:1。
15．（2024·河北·模拟预测）(五氧化二钒)可作为化学工业中的催化剂，广泛用于冶金、化工等行业，工业上以含钒废料(含有、、、CuO、有机物等)来制备的一种工艺流程如下：
已知：
Ⅰ.含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系：
Ⅱ.25℃时，难溶电解质的溶度积常数如下表所示：
Ⅲ.是白色粉末，微溶于冷水，可溶于热水。
回答下列问题：
(1)“焙烧”过程中除了、、、CuO中的物质参加反应外，“焙烧”的另外一个作用为 。
(2)“调pH”的作用除了沉淀某些阳离子外，还有 。
(3)常温下，加适量的氨水调节pH得到滤渣1，若“调pH”为6.5，通过计算判断是否沉淀完全 。(离子浓度，认为沉淀完全)
(4)若“净化Ⅱ”时直接加入足量的，可能导致的后果为 。
(5)“洗涤”沉淀时可选用的洗涤剂有 。
A．冷水 B．热水 C．1%的溶液
(6)“煅烧”时，除生成外，还生成参与大气循环的气体，该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
【答案】
(1)除去含钒废料中的有机物
(2)使溶液中的含钒离子以形式存在
(3)沉淀完全
(4)生成沉淀，降低钒的利用率
(5)AC
(6)3∶4
【详解】焙烧：含钒废料中含有机物，焙烧可使无机物间发生反应，同时除去有机物。反应方程式有。酸浸：、、CuO分别转化为、、。调pH净化Ⅰ：沉淀、等金属阳离子，同时使钒元素以形式存在。
（1）“焙烧”过程中除了、、、CuO中的物质参加反应外，“焙烧”的另外一个作用为除去含钒废料中的有机物。
（2）“调pH”的作用除了沉淀某些阳离子外，通过已知Ⅰ和工艺流程可知还有的作用是使溶液中的含钒离子以形式存在。
（3），若，，可求出，所以沉淀完全。
（4）流程中两次加入，若“净化Ⅱ”时直接加入足量的，会生成沉淀，降低钒的利用率。
（5）根据已知Ⅲ可知微溶于冷水，所以“洗涤” 沉淀时可选用的洗涤剂有冷水；根据同离子效应，加入1％的溶液，可减少沉淀的溶解损失，故答案为AC。
（6）“煅烧”必有参加，，中O元素化合价由O变为，根据得失电子守恒，该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为3∶4。金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
Mn2+
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
20℃
19.3
84.0
0.1
5.5
40℃
22.5
96.5
0.09
2.49
60℃
26.3
102
0.09
1.3
pH
4～6
6～8
8～10
主要离子
难溶电解质