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

    (1). 加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）    (2). Fe²⁺    (3). VO⁺+MnO₂+2H⁺=+Mn²⁺+H₂O    (4). Mn²⁺    (5). Fe³⁺、Al³⁺    (6). Fe(OH)₃    (7). NaAlO₂+HCl+H₂O=NaCl+Al(OH)₃↓或Na[Al(OH)₄]+HCl= NaCl+Al(OH)₃↓+H₂O    (8). 利用同离子效应，促进NH₄VO₃尽可能析出完全

【解析】

分析】

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。

【详解】(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，1molVO⁺失去2mol电子，MnO₂被还原为Mn²⁺，Mn元素的化合价由+4价降至+2价，1molMnO₂得到2mol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。

【点睛】本题以黏土钒矿制备NH₄VO₃的工艺流程为载体，考查流程的分析、物质的分离和提纯、反应方程式的书写等，解题的关键是根据物质的流向分析每一步骤的作用和目的。