1、
金属钒主要用于冶炼特种钢,被誉为 “合金的维生素”。工业上常用富钒炉渣(主要含FeO·V2O3,还有少量P2O5等杂质)制取钒的流程如下图。
回答下列问题:
(1)已知焙烧中先发生4FeO·V2O3+5O24V2O5+2Fe2O3反应,其氧化产物是__,进一步生成可溶性NaVO3的反应方程式为______。
(2)25℃时,Ksp(NH4VO3)=4×10-2,电离平衡常数Kb(NH3·H2O) =1.8×10-5。“沉钒”后VO3-的浓度为mol/L,则滤液的pH为___。除OH-与VO3-外,滤液中还可能存在的阴离子是__。
(3) “热解”过程产生的气体 y的电子式为__。
(4)硅参与高温还原反应的方程式为_____,炉渣的主要成分是__。
(5)钒比铁的金属性强。工业上通过电解精炼 “粗钒”可得到99.5%的纯钒,以熔融LiCl-KCl-VCl2为电解质,“粗钒”中含少量铁和硅。则 “粗钒”应连接电源的___极,阴极的电极反应式为__。
V2O5、Fe2O3 V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑ 4.5 Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42- 5Si+2V2O54V+5SiO2或5Si+2V2O5+5CaO4V+5CaSiO3 CaSiO3 正或+ V2++2e-=V
焙烧是将FeO·V2O3转化为可溶性NaVO3,氧化铁和二氧化碳,反应的化学方程式为:4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2,气体x为CO2,水浸,浸出渣为氧化铁,得到NaVO3溶液,滤液中加入NH4Cl沉钒生成NH4VO3,受热分解生成V2O5,和氨气,最后用硅铁还原,硅参与高温还原反应的方程式为5Si+2V2O54V+5SiO2或5Si+2V2O5+5CaO4V+5CaSiO3,炉渣的主要成分是CaSiO3。
(1)焙烧中先发生4FeO·V2O3+5O24V2O5+2Fe2O3反应,铁由+2价升高为+3价,钒由+3从升高为+5价,其氧化产物是 V2O5、Fe2O3,进一步生成可溶性NaVO3的反应方程式为V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑ 。故答案为: V2O5、Fe2O3;V2O5+Na2CO32NaVO3+CO2↑ ;
(2)25℃时,Ksp(NH4VO3)=4×10-2,电离平衡常数Kb(NH3·H2O) =1.8×10-5。“沉钒”后VO3-的浓度为mol·L-1,Ksp(NH4VO3)=4×10-2=c(NH4+)c(VO3-),c(NH4+)==1.8 mol·L-1,
Kh= ,x=c(H+)=10-4.5mol·L-1,则滤液的pH为4.5。除OH-与VO3-外,P2O5溶于水生成磷酸电离出H2PO42-、PO43-或HPO42-,滤液中还可能存在的阴离子是Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42-。故答案为:4.5;Cl-和H2PO42-、PO43-或HPO42-;
(3)“热解”过程产生的气体 y是氨气,N原子最外层是5个电子,与3个氢原子形成3个共用电子对,电子式为。故答案为:;
(4)硅高温时将钒还原,同时生成的二氧化硅与氧化钙形成炉渣,硅参与高温还原反应的方程式为5Si+2V2O54V+5SiO2或5Si+2V2O5+5CaO4V+5CaSiO3,炉渣的主要成分是CaSiO3。故答案为:5Si+2V2O54V+5SiO2或5Si+2V2O5+5CaO4V+5CaSiO3;CaSiO3;
(5)以熔融LiCl-KCl-VCl2为电解质,“粗钒”中含少量铁和硅, “粗钒”应连接电源的正或+极,发生氧化反应,阴极得电子发生还原反应,阴极的电极反应式为V2++2e-=V。故答案为:正或+;V2++2e-=V。
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