专题十一 第十四讲 过渡金属——钒及其化合物（含解析）2026届高中化学大一轮复习讲义

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钒及其化合物
【核心知识梳理】
1．钒的原子结构——23V
电子排布式 1s22s22p63s23p63d34s2
简化电子排布式 [Ar]3d34s2
电子排布图(轨道表示式)
价层电子排布式 3d34s2
周期表中的位置 第四周期第ⅤB族
常见化合价 ＋3、＋4、＋5
2．钒(V)
(1)物理性质：银白色金属，熔点高，有延展性，质坚硬，无磁性
(2)化学性质：常温下不活泼，在空气中不被氧化，不能与除HF以外的非氧化性酸及碱发生作用，能溶于浓硫酸、硝酸等氧化性酸溶液中
3．五氧化二钒(V2O5)
(1)五氧化二钒既能溶于强碱，又能溶于强酸，属于两性氧化物，但以酸性为主
V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O
V2O5＋H2SO4===(VO2)2SO4＋H2O
(2)V2O5中V的化合价为＋5，有较强的氧化性：V2O5＋6HCl(浓)===2VOCl2＋Cl2＋3H2O
(3)1 800 ℃发生分解反应：2V2O52V2O4＋O2↑
4．钒的氧化物：钒能分别以＋2、＋3、＋4、＋5价与氧结合，形成四种氧化物：一氧化钒、三氧化二钒、二氧化钒、五氧化二钒
5．VO2＋、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性
VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O
2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O
6．钒盐
五价钒盐包括VO(偏钒酸盐)、VO(正钒酸盐)，如：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠；四价钒盐：硫酸氧钒、草酸氧钒。不同价态的钒离子有不同的颜色：VO颜色为浅黄色，VO2＋颜色为蓝色，V3＋为绿色，V2＋为紫色
7．钒酸盐
偏钒酸盐(NH4VO3)、正钒酸盐(Na3VO4)等在加热条件下不稳定，2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O
【巩固练习】
1．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，下列说法正确的是(　　)
已知：钒有多种价态，其中＋5价最稳定。钒在溶液中主要以VO和VO的形式存在，且存在平衡VO＋H2OVO＋2H＋
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NH4VO3
C．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，则磁性产品中一定不含铁元素
2．钒元素在酸性溶液中有多种存在形式，其中VO2＋为蓝色，VO为淡黄色，VO具有较强的氧化性，Fe2＋、SO等能把VO还原为VO2＋。向VOSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液颜色由蓝色变为淡黄色。下列说法不正确的是(　　)
A．在酸性溶液中氧化性：MnO＞VO
B．FeI2溶液与足量酸性(VO2)2SO4溶液发生反应的离子方程式：Fe2＋＋VO＋2H＋===Fe3＋＋VO2＋＋H2O
C．向VOSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液反应的化学方程式为10VOSO4＋2H2O＋2KMnO4===5(VO2)2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4＋K2SO4
D．向含1 mol VO的酸性溶液中滴加1.25 mol FeSO4的溶液完全反应，转移电子为1 mol
3．(2024·河北卷)V2O5是制造钒铁合金、金属钒原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5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V2O3的矿物，杂质为大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ．高温下，苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO3)2]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_______________________________；CO2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NH4Cl溶液的浓度
4．(2023·江苏卷)V2O5－WO3/ TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为
4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)===4N2(g)＋6H2O(g) H＝－1632.4kJ·mol－1
(1)催化剂的制备。将预先制备的一定量的WO3/ TiO2粉末置于80℃的水中，在搅拌下加入一定量的NH4VO3溶液，经蒸发、焙烧等工序得到颗粒状V2O5－WO3/ TiO2催化剂。在水溶液中VO水解为H3VO4沉淀的离子方程式为_____________________；反应选用NH4VO3溶液而不选用NaVO3溶液的原因是__________________
(2)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2)气体匀速通过装有V2O5－WO3/ TiO2催化剂
的反应器，测得NO的转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在320~360℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是____________________________________；反应温度高于380℃，NO转化率下降，除因为进入反应器的NO被还原的量减少外，还有____________________________________(用化学方程式表示)
(3)废催化剂的回收。回收V2O5－WO3/ TiO2废催化剂并制备NH4VO3的过程可表示为
①酸浸时，加料完成后，以一定速率搅拌反应。提高钒元素浸出率的方法还有___________
②通过萃取可分离钒和钨，在得到的钒酸中含有H4V4O12。已知H4V4O12具有八元环结构，其结构式可表示为___________
③向pH=8的NaVO3溶液中加入过量的NH4Cl溶液，生成NH4VO3沉淀。已知：Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3，加过量NH4Cl溶液的目的是___________
5．(2020 全国卷Ⅰ)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。回答下列问题：
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pH 1.9 7.0 3.0 8.1
完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1
(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VO，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VO反应的离子方程式____________________________________________________
(3)“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＋、________，以及部分的________
(4)“沉淀转溶”中，V2O5· xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是______________
(5)“调pH”中有沉淀产生，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____________________
6．(2016·全国III卷)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：
物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3
质量分数/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 <1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为____________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4OR4V4O12＋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”)
(5)“流出液”中阳离子最多的是________
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式__________________________
7．氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体的化学式为(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O，实验室以V2O5为原料制备该晶体的流程如图所示：
(1)N2H4的电子式是__________，若“还原”过程中其他产物均绿色环保，写出该过程中发生反应的化学方程式：_____________________________________________________________
(2)“转化”可在如图所示装置中进行(已知VO2＋能被O2氧化)
①仪器M的名称是__________。使装置A中制气反应停止的操作是_____________________。
②在装置C中VOCl2转化为产品，实验操作的顺序为打开活塞a→______→______→_____(填序号)。
Ⅰ．取下P(如图所示)，在锥形瓶口塞上无孔橡胶塞
Ⅱ．将锥形瓶置于干燥器中，静置后抽滤
Ⅲ．打开旋塞b，加入VOCl2溶液，持续搅拌一段时间，使反应完全
(3)“转化”后得到紫红色晶体，抽滤，并用饱和NH4HCO3溶液洗涤3次，用无水乙醇洗涤2次，再用无水乙醚洗涤2次，抽干。用饱和NH4HCO3溶液洗涤除去的阴离子主要是__________(填离子符号)，用无水乙醚洗涤的目的是__________
(4)称取m g产品于锥形瓶中，先将产品中的钒元素转化为VO，消除其他干扰，再用c mol·L－1
(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为V mL(已知滴定反应为
VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，则产品中钒元素的质量分数为__________(列出计算式即可)
8．利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下，回答下列问题：
已知：①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应，并转化为NaVO3、Na[Al(OH)4]、Na2SiO3等可溶性钠盐
②[Al(OH)]＋4H＋===Al3＋＋4H2O
(1)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发生反应的化学方程式：__________________________________________________________；废渣Ⅰ的主要成分是___________；
精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________________________________，加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为_________________________________________________________
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐，pH过小时影响除磷效果的原因是_________________________________；
pH过大时，沉淀量增大的原因是________________________________
(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤，洗涤时除去的阴离子主要是____________。NH4VO3在500 ℃时焙烧脱氨制得产品V2O5，反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。但脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，该反应的化学方程式为____________________________
9．HDS催化剂广泛用于石油炼制和化学工业生产中，通常利用加碱焙烧-水浸取法从HDS废催化剂(主要成分为MoS、NiS、V2O5、Al2O3)中提取贵重金属钒和钼，其工艺流程如图所示。
已知：Ⅰ．MoO3、V2O5、Al2O3均可与纯碱反应生成对应的钠盐，而NiO不行
Ⅱ．高温下，NH4VO3易分解产生N2和一种含氮元素的气体
回答下列问题：
(1)“浸渣”的成分为______(填化学式)；“滤液2”中的成分除了Na2MoO4外，还含有______(填化学式)
(2)请写出“焙烧”过程中MoS及Al2O3分别与纯碱反应的化学方程式：_____________________________________，
_________________________________
(3)“沉钒”时提钒率随初始钒的浓度及氯化铵的加入量的关系如图所示，则选择的初始钒的浓度和NH4Cl的加入量分别为_________、_______________
(4)“沉钒”时生成NH4VO3沉淀，则“煅烧”后生成氧化产物和还原产物的物质的量之比为________________。
10．五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁、用作冶金添加剂，占五氧化二钒总消耗量的80%以上，其次是用作有机化工的催化剂。为了增加V2O5的利用率我们从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下：
(1)①中废渣的主要成分是______________________________
①中V2O5发生反应的离子方程式为______________________
(2)②、③中的变化过程可简化为(下式中的R表示VO2＋或Fe3＋，HA表示有机萃取剂的主要成分)：
R2(SO4) (水层)＋2nHA(有机层)2RAn(有机层)＋nH2SO4(水层)
②中萃取时必须加入适量碱，其原因是___________________________________________；实验室进行萃取操作使用的玻璃仪器为________________________
(3)实验室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有钒已换算成V2O5)。取100 g该废钒催化剂按工业生产的步骤进行实验当加入100 mL 0.1 mol·L－1的KClO3溶液时，溶液中的钒恰好被完全处理，假设以后各步钒没有损失，则该实验中钒的回收率是________[M(V2O5)＝182 g/mol]
(4)25 ℃时取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表：
pH 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
钒沉淀率/% 88.1 94.8 96.5 98.0 98.8 98.6 96.4 93.1
试判断在实际生产时，⑤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，则此时溶液中c(Fe2＋)≤________。已知：25 ℃时Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39
11．五氧化二钒(V2O5)在冶金、催化剂、磁性材料等领域有重要作用。实验室以含钒废料(含有V2O3、Fe2O3、Al2O3、CuO、有机化合物等)来制备V2O5的一种工艺流程如下：
已知：含钒离子在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系：
溶液pH ＜4.0 6.0～8.0 8.0～10.0
钒元素主要存在形式 VO VO V2O
请回答下列问题：
(1)含钒废料中的有机化合物主要在___________工序中除去
(2)“焙烧”产物之一是Mg(VO3)2，写出它在“酸浸”(溶液pH＜2)过程中发生反应的化学方程式_______________________________________
(3)常温时，若“调pH净化Ⅰ”工序中最终溶液pH＝7，通过计算判断，此时Cu2＋是否已经沉淀完全{已知离子浓度<1.0×10－5 mol·L－1认为沉淀完全；Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}__________________________________
(4)“净化Ⅱ”时若加入过量的(NH4)2CO3，可能导致的后果为___________________
(5)“滤渣2”中含有Mg2(OH)2CO3，写出生成Mg2(OH)2CO3的离子方程式______________________
(6)“煅烧”时，除生成V2O5外，还生成了参与大气循环的气体，写出煅烧时的化学方程式_________________
【钒及其化合物】答案
1．B。解析：赤泥进行碱浸，氧化铝溶解生成偏铝酸盐，再通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀；滤渣1经系列操作得到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，在空气中焙烧后用盐酸溶解，钒在溶液中主要以VO和VO的形式存在，再加入氯化铵转化为NH4VO3，焙烧得到V2O5。氨水不能溶解氧化铝，故A错误；用盐酸溶解后的溶液中含有VO、VO、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，故B正确；溶液中存在平衡VO＋H2OVO＋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；加入的硝酸不足，Fe元素被硝酸氧化可能生成亚铁离子，亚铁离子遇KSCN溶液无明显现象，故D错误。
2．B。解析：向VOSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液颜色由蓝色变为淡黄色，说明MnO将VO2＋氧化为VO，从而得出氧化性：MnO＞VO，故A正确；碘离子的还原性强于亚铁离子且加入足量酸性(VO2)2SO4溶液，碘离子应参与氧化还原反应，故B错误；向含1 mol VO的酸性溶液中滴加含1.25 mol Fe2＋的溶液发生反应：Fe2＋＋VO＋2H＋===Fe3＋＋VO2＋＋H2O，则VO的量不足，所以转移电子为1 mol，故D正确。
3．(1)3d34s2 ＋5 CO2
(2)NaAlO2
(3)HCO＋OH－＋Ca(VO3)2CaCO3＋H2O＋2VO
提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放VO 离子交换
(4)NaCl
(5)bd
解析：石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和 CO2等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等]，过滤后滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯VO，加入氯化铵溶液沉钒，生成NH4VO3，经一系列处理后得到V2O3；滤渣①在pH≈8，65～70℃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VO的富集。
(1)钒是23号元素，其价层电子排布式为3d34s2；焙烧过程中，氧气被还原，V2O3被氧化生成VO，偏钒酸盐中钒的化合价为＋5价；CaCO3在800℃以上开始分解，生成的气体①为CO2。
(2)由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与Al2O3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NaAlO2。
(3)在弱碱性环境下，Ca(VO3)2与HCO和OH－反应生成CaCO3、VO和H2O，离子方程式为：
HCO＋OH－＋Ca(VO3)2CaCO3＋H2O＋2VO； CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C可提高溶液中HCO浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放VO；滤液①中含有VO、NH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Cl－，考虑到水浸所得溶液中含有Na+，为避免引人其他杂质离子，且NaCl廉价易得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。
(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．NH4Cl呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，OH－与NH反应，不利于生成NH4VO3，b符合题意；c．搅拌能使反应物更好接触，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NH4Cl溶液的浓度，不利于生成NH4VO3，d符合题意；故选bd。
4．(1)VO＋2H2OH3VO4↓＋OH－
NH4VO3发生双水解VO＋NH＋H2OH3VO4↓＋NH3，NH有利于VO水解
(2)此温度范围内，催化剂活性已达最佳，对反应速率影响不明显，故NO转化率基本不变
NH3＋5O24NO＋6H2O N2＋O22NO
(3)①适当增加酸的浓度、升高温度、延长酸浸时间等
②
③增加铵根离子浓度，促进平衡向析出沉淀的方向移动，提高NH4VO3的含量
解析：(1)在水溶液中VO水解为H3VO4沉淀的离子方程式为VO＋2H2OH3VO4↓＋OH－，反应选用NH4VO3溶液在于NH4VO3发生双水解VO＋NH＋H2OH3VO4↓＋NH3，NH有利于VO水解。
(2)反应温度在320~360℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是此温度范围内，催化剂活性已达最佳，对反应速率影响不明显，故NO转化率基本不变。反应温度高于380℃，NO转化率下降，有可能体系产生了NO，如NH3＋5O24NO＋6H2O N2＋O22NO等。
(3)提高钒元素浸出率的方法还有适当增加酸的浓度、升高温度、延长酸浸时间等，已知H4V4O12具有八元环结构，且V连有五根共价键，结构式可表示为。NH4VO3饱和溶液中存在溶解平衡NH4VO3(s)NH(aq)＋VO(aq)，加过量NH4Cl溶液有利于增加铵根离子浓度，促进平衡向析出沉淀的方向移动，提高NH4VO3的含量。
5．(1)加快酸浸氧化反应速率(促进氧化完全)
(2) Fe2＋　VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O
(3) Mn2＋　Fe3＋、Al3＋
(4)Fe(OH)3
(5)NaAlO2＋HCl＋H2O===NaCl＋Al(OH)3↓
(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
解析：(1)“酸浸氧化”过程中钒矿粉、MnO2和30% H2SO4发生反应，常温下反应速率较小，加热的目的是加快酸浸氧化反应速率。
(2)Fe3O4与稀硫酸反应：Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O，“酸浸氧化”过程中，Fe2＋具有还原性，也能被MnO2氧化生成Fe3＋。VO＋被氧化为VO，MnO2则被还原为Mn2＋，溶液呈酸性，结合守恒规律，写出离子方程式：VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O。
(3)由表中数据可知，Mn2＋开始沉淀的pH为8.1，Al3＋开始沉淀的pH为3.0，沉淀完全的pH为4.7，Fe3＋沉淀完全的pH为3.2。“中和沉淀”中调节pH＝3.0～3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，此时Mn2＋不沉淀，Al3＋部分沉淀，Fe3＋几乎沉淀完全，故随滤液②除去的金属离子有K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋及部分Al3＋、Fe3＋。
(4)滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3和少量Al(OH)3，“沉淀转溶”中，加入NaOH溶液，调节pH＞13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为NaAlO2，故滤渣③的主要成分是Fe(OH)3。
(5)滤液③中含有NaAlO2、NaVO3，“调pH”中加入HCl，调节pH＝8.5，此时NaAlO2＋HCl＋H2O===Al(OH)3↓＋NaCl。
(6)NH4VO3存在沉淀溶解平衡：NH4VO3(s)NH(aq)＋VO(aq)，“沉钒”中加入过量NH4Cl，增大c(NH)，有利于NH4VO3结晶析出(同离子效应的应用)。
6．(1)V2O2＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2
(2)0.5　(3)Fe(OH)3和Al(OH)3　
(4)碱　
(5)K＋
(6)2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑
解析：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，V2O5、VO中V元素均显＋5价，V元素化合价不变，则该反应是非氧化还原反应，结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式：V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。废钒催化剂中除SiO2外，其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。(2)“氧化”中使3 mol的VO2＋变为VO，转移电子的物质的量为3 mol×(5－4)＝3 mol；氧化剂KClO3被还原为KCl，Cl元素由＋5价降低到－1价，根据电子守恒可知，需要KClO3的物质的量至少为＝0.5 mol。(3)由图可知，加入KOH中和后产生废渣2，而“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中，后续操作中未进行除杂操作，显然该过程中还生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，从而除去Fe3＋、Al3＋，故“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，应增加溶液中c(OH－)，使平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。(5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH，而“离子交换”过程中，消耗V4O同时生成OH－，而阳离子未参与离子交换，故“流出液”中阳离子最多的是K＋。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，“煅烧”过程中生成V2O5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH3和H2O，结合元素守恒写出化学方程式：2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑。
7．(1)　2V2O5＋N2H4＋8HCl4VOCl2＋N2↑＋6H2O
(2)①分液漏斗　关闭旋塞a　②Ⅲ　Ⅰ　Ⅱ
(3)Cl－　除去晶体表面的乙醇
(4)×100%
解析：(2)②VO2＋能被O2氧化，先打开旋塞a，通入一段时间CO2排尽装置中的空气，然后再打开旋塞b，加入VOCl2溶液，持续搅拌一段时间，使反应完全。为防止空气进入，反应结束后取下P，在锥形瓶口塞上无孔橡胶塞，然后在干燥器中静置后抽滤。(3)用饱和NH4HCO3溶液洗涤可除去产物表面的Cl－，用无水乙醇洗涤除去产物表面的水，用无水乙醚(更易挥发)洗涤除去产物表面残留的乙醇。(4)由滴定反应可得关系式V～VO～Fe2＋～(NH4)2Fe(SO4)2，n(V)＝cV×10－3mol，故产品中钒元素的质量分数为×100%。
8．(1)4FeO·V2O3＋5O22Fe2O3＋4V2O5　Fe2O3　除Si并将[Al(OH)]转化为Al3＋　
Al3＋ ＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NH
(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或磷酸二氢钙)　产生了Ca(OH)2沉淀
(3)Cl－　3V2O5＋2NH33V2O4＋N2＋3H2O
解析：(1)氧化过程FeO·V2O3生成对应的金属氧化物Fe2O3和V2O5，化学方程式为4FeO·V2O3＋5O22Fe2O3＋4V2O5；经过氧化和钠化后，V2O5、Al2O3、SiO2均转化为可溶性盐，Fe2O3成为滤渣；精制Ⅰ中加盐酸调pH是为了和SiO反应生成硅酸沉淀，并将[Al(OH)]转化为Al3＋；加入NH3·H2O后与Al3＋发生反应生成Al(OH)3沉淀，还可以中和酸，反应的化学方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NH。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸钙沉淀，除去磷酸盐，pH过小时易形成溶解度较大的酸式盐；pH过大时易形成Ca(OH)2沉淀。
(3)沉钒时加入试剂NH4Cl，因此所得NH4VO3沉淀含有的阴离子主要为Cl－；脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，且反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，则V2O5为氧化剂，NH3为还原剂，还原产物为V2O4，氧化产物为N2，则氧化还原方程式为3V2O5＋2NH33V2O4＋N2＋3H2O。
9．(1)NiO　NaVO3、NaHCO3　
(2)2MoS＋2Na2CO3＋5O22Na2MoO4＋2CO2＋2SO2　Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑　
(3)20 g·L－1　10 g·L－1　
(4)2∶3
解析：(1)硫化物焙烧时生成氧化物和二氧化硫，由于NiO不能与碳酸钠反应，故“水浸”时以“浸渣”的形式沉淀出来，而MoO3、V2O5、Al2O3与纯碱反应生成Na2MoO4、NaVO3和NaAlO2，通入过量CO2生成沉淀Al(OH)3和NaHCO3，故“滤液2”中的成分除了Na2MoO4外，还含有NaVO3、NaHCO3。(4)由信息和流程及氧化还原反应原理可知，NH4VO3沉淀煅烧时分解产生V2O3、N2和NH3，故反应的化学方程式为6NH4VO33V2O3＋2N2↑＋2NH3↑＋9H2O，氧化产物为N2，还原产物为V2O3，故比值为2∶3。
10．(1)SiO2　V2O5＋4H＋＋SO===2VO2＋＋ SO＋2H2O
(2)加入碱，中和H2SO4，使平衡正向移动　 分液漏斗、烧杯
(3)91.0%　
(4)1.7　2.6×10－3 mol/L
解析：(1)上述分析可知滤渣A为SiO2，从流程图可以看出，在酸性条件下，V2O5转化为VO2＋，SO能被V2O5氧化生成SO，根据氧化还原反应的规律配平该离子反应方程式为：V2O5＋SO＋4H＋===2VO2＋＋SO＋2H2O；(2)反萃取时，分析平衡R2(SO4) (水层)＋2nHA(有机层)??2RAn(有机层)＋nH2SO4(水层)，为提高②中萃取百分率，则加入碱中和硫酸，可以使平衡正移，多次连续萃取。萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯；(3)根据氧化还原规律可知，当加入100 mL 0.1 mol/L的KClO3溶液时，溶液中的钒恰好被完全处理的离子方程式为：ClO＋6VO2＋＋3H2O===6VO＋6H＋＋Cl－，再结合V2O5＋SO＋4H＋===2VO2＋＋SO＋2H2O，从而得出关系式：3V2O5～6VO2＋～ClO，因n(ClO)＝0.1 mol/L×0.1 L＝0.01 mol，所以n(V2O5)＝3×0.01 mol＝0.03 mol因此该实验中钒的回收率是×100%＝91.0 %；(4)从沉淀率和pH关系找出最佳沉淀率。若钒沉淀率为93.1%时，不产生Fe(OH)3沉淀，此时溶液pH＝2，计算氢氧根离子浓度，结合溶度积常数计算溶液中铁离子的浓度。由表中数据可知，pH＝1.7时钒的沉淀率最大为98.8%，故加入氨水调节溶液的最佳pH为1.7。若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，此时溶液pH＝2，c(OH－)＝10－12 mol/L，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39＝c(Fe3＋)c3(OH－)，c(Fe3＋)＝＝2.6×10－3(mol/L)。
11．(1)焙烧
(2)Mg(VO3)2＋2H2SO4===(VO2)2SO4＋MgSO4＋2H2O
(3)Cu2＋沉淀完全，c(Cu2＋)＝＝ mol·L－1＝2.2×10－6mol·L－1＜1.0×10－5 mol·L－1
(4)会生成NH4VO3沉淀，降低钒的利用率
(5)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg2(OH)2CO3↓＋2HCO
(6)4NH4VO3＋3O22V2O5＋8H2O＋2N2
解析：含钒废料(含有V2O3、Fe2O3、Al2O3、CuO、有机化合物等)加入足量碳酸镁粉末焙烧，除去有机化合物，并将V2O3氧化为V2O5，之后加入硫酸酸溶，金属元素进入溶液，然后加入适量氨水调节pH可生成氢氧化物除去Fe3＋、Cu2＋、Al3＋，过滤后滤液中含有VO、NH、Mg2＋等离子，根据后续产物可知净化Ⅱ加入碳酸铵主要是除去Mg2＋，过滤后滤液中再加入足量碳酸铵得到NH4VO3沉淀，空气中煅烧可生成V2O5，以此解答该题。
(1)焙烧过程中有机化合物会被氧化为CO2、H2O等，从而除去有机化合物；(2)溶液pH＜2，根据题目所给信息可知酸浸后生成(VO2)2SO4，结合元素守恒可得化学方程式为Mg(VO3)2＋2H2SO4===(VO2)2SO4＋MgSO4＋2H2O；(3)溶液pH＝7，则c(OH－)＝1.0×10－7 mol·L－1，此时溶液中c(Cu2＋)＝＝ mol·L－1＝2.2×10－6 mol·L－1＜1.0×10－5 mol·L－1，所以Cu2＋沉淀完全；(4)加入过量的(NH4)2CO3，铵根离子浓度过大，且溶液碱性增强，会生成NH4VO3沉淀，降低钒的利用率；(5)“滤渣2”中含有Mg2(OH)2CO3，说明部分Mg2＋和CO发生双水解反应，但由于CO浓度较大，溶液碱性较强，所以CO的水解不彻底，有HCO生成，则离子方程式为2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg2(OH)2CO3↓＋2HCO；(6)根据元素守恒，煅烧NH4VO3时产生的参与大气循环的气体应为N2，结合元素守恒和电荷守恒可得化学方程式为4NH4VO3＋3O22V2O5＋8H2O＋2N2。
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