高考化学工艺流程中的新宠-钒.docx

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一、生疏钒及其化合物
钒在周期表中位于第 4 周期、VB 族，属于过渡金属元素，呈浅银灰色，有良好的可塑性和可锻性。钒具有很高的熔点，用作合金的添加剂。
钒对稀硫酸、稀盐酸、稀磷酸保持相对稳定。但在硝酸、氟氢酸中溶解。
2 5
常见的钒氧化物为＋2、＋3、＋4、＋5 价的氧化物：VO、V2O3、VO2、V O ，钒的氧化物从低价〔二价〕到高价〔五价〕，系强复原剂到强氧化剂，其水溶液由强碱性渐渐变成弱酸性。
低价氧化钒不溶于水，但遇强酸会形成强酸盐如VCl 、VSO ；如遇强碱则形成 V(OH) ，
2 4 2
V(OH)2 水解会放出H2。
3 5
5 4 3
V2O ，是钒氧化物中最重要的，也是最常用钒化工制品。工业上首先是制取NH VO ， 然后加热至 500℃，即可制得 V2O5。其反响如下：2NH4VO3→2NH ＋H2O＋V2O ；另一个
5
方法是用VOCl3 水解，反响如下：2VOCl3＋3H2O＝V2O
＋6HCl；
在 700～1125℃，V2O5 存在以下可逆反响：V2O5＝V2O5－x＋(x/2)O2
2 5
V2O5 是两性化合物，但其碱性弱，酸性强，易溶于碱性构成钒酸盐，强酸也能溶解V O 。在酸、碱溶液中，生成物的形态取决于溶液的钒浓度和 pH 值，当溶液处于强碱性，pH 值
大于 13，则会以VO 3－存在，V O + 6OH- == 2VO 3- + 3H
O；假设处于强酸性溶液中〔pH 值
4 2 5 4 2
小于 3〕，则主要以 VO

V
+存在， 2
2O5
+ 2H+== 2VO2
+ + H2O；假设处在中间 pH 值的状态，则
VO HVO V O V O V O V O
会以以下协作物存在： －、 2－、 3－、 4－、 6－、 4－；
3 4 3 9 4 12 10 28 2 7
2
2
2
5
V2O5 有氧化性：和盐酸反响，生成 VOCl ，放出 Cl ， V O
+ 6HCl == 2VOCl
+ Cl ↑+
2 2 2 3
2 3 4 2
2
2
3H ；.在强酸中，V(Ⅴ)以 VO3+、VO + 形式存在，VO +具有较强的氧化性，易被 SO 2-复原为VO2+:2VO ++SO 2-=2VO2++SO 2-+H O
二氧化钒与四氧化二钒
4 2 5
四价钒在空气中被缓慢氧化，加热则快速被氧化；四价钒的氧化物也是两性物质，在热酸中溶解形成稳定的VO2＋，例如与硫酸形成 VOSO ；在碱性溶液中则形成次钒酸盐 HV O
－。
三氧化二钒
V2O3 的熔点高，在空气中不易氧化，但 Cl2 可使其快速氧化，形成 VOCl3，其反响如下：
3V O ＋6Cl ＝V O ＋4VOCl
2 3 2 2 5 3
三价钒化合物不溶于水，能缓慢溶解于酸，形成V3＋；三价钒化合物是良好的催化剂。
氢氧化钒
三价的钒可以在碱性或氨性溶液中形成绿色V(OH)3 沉淀，它在空气中易氧化；二价的钒盐，加碱也会形成V(OH)2 沉淀，但不稳定，迅即氧化。
五价钒酸盐
钒酸盐中含有五价钒的有偏钒酸盐、正钒酸盐、焦钒酸盐以及多钒酸盐。偏钒酸盐是最 稳定的，其次是焦钒酸盐，而正钒酸盐是比较少的，即使在温度较低的状况下，也会快速水解，转化为焦钒酸盐，以钒酸钠为例，其反响如下：
2Na3VO4＋H2O＝Na4V2O7＋2NaOH
而在沸腾的溶液中，焦钒酸盐又会转化为偏钒酸盐，其反响如下：
4 2 7 2 3
Na V O ＋H O＝2NaVO ＋2NaOH
碱金属的氢氧化物与 V2O5 作用，则可得到碱金属的偏钒酸盐；偏钒酸盐溶液参加氯化铵， 即可制得偏钒酸铵，其反响如下：
3 4 3
NH4Cl＋NaVO ＝NH VO ＋NaCl
偏钒酸铵是最一般的钒酸盐，为白色结晶，假设不纯则略呈黄色，微溶于水和乙醇，在空
V O
气中灼烧，最终分解产物为 ，其反响如下：
2 5
2NH4VO3 =V2O5 +2NH3+H2O
二、高考回放
1．[2025 课标Ⅰ 26]〔14 分〕
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。承受以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开头沉淀和完全沉淀的pH 如下表所示：
金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
Mn2+
开头沉淀pH




完全沉淀pH
答复以下问题：




〔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
反响的离子方程式 。
〔1〕“酸浸氧化”需要加热，其缘由是 。
〔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+、
〔4〕“沉淀转溶”中，
转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。
Na+、 ，以及局部的 。
“调 pH”中有沉淀生产，生成沉淀反响的化学方程式是 。
“沉钒”中析出NH4VO3 晶体时，需要参加过量NH4Cl，其缘由是 。
【答案】26．〔1〕加快酸浸和氧化反响速率〔促进氧化完全〕
〔2〕Fe2+
VO++MnO2 +2H+ =
+Mn2++H2O
Mn2+ Al3+和 Fe3+
Fe(OH)3
NaAl(OH)4+ HCl= Al(OH)3↓+NaCl+H2O
2..利用某冶金行业产生的废渣(主要含
，还有少量
、
等杂质)可以制备
，生产流程如下：
利用同离子效应，促进NH4VO3 尽可能析出完全
： 微溶于水、溶于碱生成 (加热生成
液中加酸，不同 对应的主要存在形式如表：
)，具有强氧化性。向
溶
~12 约
3~8
约 2
<1
存在形式
答复以下问题：
“焙烧”后 V 元素转化为
欲除尽磷元素(即
(
，
元素转化为 (写化学式)。
)，最终溶液中 的浓度至少为
)。
(3)“沉钒”过程中，
由 到 发生反响的离子方程式为 ；最终需要掌握
约为 ；“沉钒”最终得到的主要含钒物质是 (写化学式)。
【答案】
(1).
(2).
(3).
2
(4)“复原”和“转化”过程中主要反响的离子方程式分为 、 。
(4).
三、模拟训练
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。为回收利用含钒催化剂，研制了一种利用废催化剂〔含有V2O5、VOSO4、不溶性硅 酸盐〕回收V2O5 的工艺流程如下：
：
溶解性如下表所示：
物质 VOSO4 V2O5
NH4VO3
(VO2)2SO4
溶解性 可溶 难溶
难溶
易溶
b. +2OH- +H2O
答复以下问题：
用水浸泡废催化剂，为了提高单位时间内废钒的浸出率，可以实行的措施为
〔写一条〕。
滤液 1 和滤液 2 中钒的存在形式一样，其存在形式为 〔填离子符号〕。
在滤渣 1 中参加Na2SO3 和过量 H2SO4 溶液发生反响的化学方程式为 。
生成VO +的反响中消耗 1molKClO
时转移 6mol 电子，该反响的离子方程式为
2 3
结合化学用语，用平衡移动原理解释参加氨水的一种作用为
最终钒以NH4VO3 的形式沉淀出来。以沉钒率〔NH4VO3 沉淀中V 的质量和废催化剂V 的质量之比〕表示该步反响钒的回收率。请解释以下图温度超过80℃以后，沉钒率下降的可能缘由是 ； 〔写两条〕。
该工艺流程中可以循环利用的物质为 。
2
测定产品中V2O5 的纯度：称取a g 产品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4 溶液。再参加 b1 mL c1 mol·L−1 (NH4)2Fe(SO4)2 溶液〔VO ++2H++Fe2+==VO2++Fe3++H2O〕。最终用 c2 mol·L−1 KMnO4 溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2 至终点，消耗 KMnO4 溶液的体积为 b2 mL。被复原为Mn2+，假设杂质不参与反响。则产品中V2O5〔摩尔质量：182 g·mol−1〕的质量分数是 。〔列出计算式〕
(5). 作用 1：溶液中存在平衡: VO2 +2OH
+
—
VO3—
+H2O,参加氨水,使 OH 浓度增大,
—
【答案】 (1). 粉碎废钒搅拌适当升温 (2). VO2 ＋ (3). V2O5 ＋ Na2SO3 ＋ 2H2SO4=2VOSO4 ＋Na2SO4 ＋ 2H2O (4). 6VO2 ＋ ＋ClO3 － ＋ 3H2O= 6VO2 ＋ ＋Cl－ ＋ 6H＋
该平衡正移,从而使VO +尽可能都转化为VO - 作用 2：溶液中存在平衡: NH VO (s)
2
3
4 3
(9).
4 3 4 4 3
NH + (aq)+ VO -(aq), 参加氨水,使NH +浓度增大,该平衡逆移,从而使NH VO 尽可能沉淀析出 (6). 缘由 1：温度上升，NH4VO3 溶解度增大，沉钒率下降。 (7). 缘由 2：温度
4
上升，氨水受热分解逸出溶液，使 NH +浓度下降，沉钒率下降。
(8). 氨水或NH3 和H2O
钒和五氧化二钒在工业中应用广泛，某工厂从钒渣(主要成分有 V2O3、FeO，还含有少量CuO、Al2O3 等)中回收金属，工艺流程如图：
：①KspCu(OH)2=×10-21，KspFe(OH)3=×10-38 ，KspFe(OH)2=×10-16
②NH4VO3 难溶于水，(VO2)2SO4 易溶于水。
制取纯洁的 Al2O3 需要经过“一系列操作”为过滤、 、 。
(3)参加稀硫酸后，酸浸液中 VO 与 VO 能大量共存的缘由是 (用离子方程式解释)。
滤渣 1 在“煅烧”过程中，主要成分 V2O3 转化为可溶性 NaVO3，写出其反响的化学方程式 。
常温下调整酸浸液的 pH= ，即可以完全除去铁、铜两种元素对应的离子；实际 pH 值
要调整到 8，其目的是 。
【答案】
(1). 洗涤
(2). 灼烧
(3). V2O3+Na2CO3+O2
2NaVO3+CO2
(4).
VO +2H+
VO
+H2O(反过来写也得分)
(5). 6
(6). 使 VO
+H2O
VO
请写出煅烧滤渣 3 时，发生反响的化学方程式 。
+2H+平衡正向移动(或使 VO +2H+
VO
+H2O 逆向移动)，VO
更多转化为 VO
(7). 2NH4VO3
2NH3↑+V2O5+H2O
3.〔11 分〕钒及其化合物在工业上有很多用途。某钒精矿的主要成分及质量分数如下表：
物质
V2O5
V2O3
K2O
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数%






一种从该钒精矿中提取五氧化二钒的流程如下：
答复以下问题：
“酸浸、氧化”时，V2O3 转化为 VO2+，反响的离子方程式为 ； 假设用浓盐酸代替硫酸，V2O5 转化为VO2+，同时生成有毒的黄绿色气体，反响的化学方程式为 。
萃取剂对四价钒具有高选择性，且萃取Fe3+而不萃取Fe2+，所以萃取前可用
〔3〕“溶剂萃取与反萃取”可表示为：VO2+ + (HR2PO4)2(O)
VO(R2PO4)2(O) + 2H+。
〔填物质名称〕对浸出液进展“复原”处理。为检验“复原”后的滤液中是否含有 Fe3+，可选用的化学试剂是 。
其中(HR2PO4)2(O)为萃取剂，为了提高VO2+的产率，反萃取剂应当呈 性〔填“酸”“碱”
或“中”〕。
2 3
“氧化”中，欲使3molVO2+变为VO +，则需要氧化剂NaClO 至少为 mol。
铁粉
(4). 硫氰酸钾溶液
(5). 酸
(6).
(7). V
2 5
O +5Ca
2V+5CaO
单质钒可用于制造特种合金钢。以五氧化二钒和金属钙为原料在高温条件下可制备单质钒，表示制备过程的化学方程式为 。
(1). 2V O +8H++O =4VO2++4H O
2 3
2
2
(2). V O +6HC〔l 浓〕=2VOCl +Cl +3H O
2 5
2
2
2
(3).
3 2 3 2
4．〔11 分〕利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣〔主要含 FeO·V2O 、Al O 、SiO 及少量可溶性磷酸盐〕生产V2O5 的工艺流程如下，答复以下问题：
5 2 3 2 2 3
：① V2O 、Al O 、SiO 可与Na CO 、NaCl 组成的混合钠盐在高温下反响，并转
化为NaVO 、NaAlO 、Na SiO
等可溶性钠盐。
3 2 2 3
－
② AlO 2 + 4H+ = Al3+ + 2H2O
焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程，氧化的目的是获得V2O5，写出氧化过程中FeO·V2O3 发生反响的化学方程式 ；废渣Ⅰ的主要成分是 ；精制Ⅰ中加盐酸调 pH 的主要作用是 ，参加NH3·H2O 后发生反响的离子方程式为 。
精制Ⅱ中参加 CaCl2 溶液除去磷酸盐，pH 过小时影响除磷效果的缘由是 ；
pH 过大时，沉淀量增大的缘由是 。
沉钒所得 NH4VO3 沉淀需进展洗涤，洗涤时除去的阴离子主要是 。NH4VO3
在 500℃时焙烧脱氨制得产品V O

，反响方程式为 2NH VO
===
△ V O

+ H O ↑+ 2NH

↑。但
2
2 5 4 3 2 5 2 3
2
脱氨过程中，局部 V O5
会转化成 V O4，反响中氧化剂与复原剂物质的量之比为 3:2，该反
应的化学方程式为 。
【答案】〔1〕4FeO·V O + 5O
焙烧 2Fe O + 4V O 〔2分〕； Fe O
[或Fe(OH) ]〔1分〕；
— 2 3 2
2 3 2 5
2 3 3
除Si并转化AlO 2 〔写“除Si”即得分〕〔1分〕；
+ +
Al3+ + 3NH ·H O = Al (OH) ↓ + 3NH4 H+ + NH ·H O = H O + NH4〔写出第一个离子方程式
3 2 3
即得分〕〔2分〕
3 2 2
〔2〕形成溶解度较大的酸式盐〔或形成溶解度较大的磷酸氢钙和/或磷酸二氢钙〕〔1分〕；产生了Ca(OH)2沉淀〔1分〕
〔3〕Cl－〔1分〕；3V2O5 + 2NH3 500℃ 3V2O4 + N2 + 3H2O〔2分〕