Question

工業上設計將VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂雜質除去并回收得到V₂O₅的流程如下：

請回答下列問題：
（1）步驟①所得廢渣的成分是

 

（寫化學式）
（2）步驟②、③的變化過程可簡化為（下式R表示VO²⁺，HA表示有機萃取劑）：
R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機層）?2RA_n（有機層）+nH₂SO₄（水層）
②中萃取時必須加入適量堿，其原因是

 

．
③中X試劑為

 

．
（3）④的離子方程式為

 

．
（4）25℃時，取樣進行試驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關系如下表：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

結合上表，在實際生產中，⑤中加入氨水，調節溶液的最佳pH為

 

．若釩沉淀率為93.1%時不產生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜

 

．（已知：25℃時，Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39）
（5）該工藝流程中，可以循環利用的物質有

 

和

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：將VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂雜質除去并回收得到V₂O₅的流程，水溶過濾得到含VO²⁺、SO₄^2-、K⁺的溶液，加入有機萃取劑分液得到含VO²⁺的有機層，再經過反萃取得到水層，加入KClO₃氧化VO²⁺為VO^3-，加入氨水調節溶液PH形成NH₄VO₃沉淀，灼燒得到V₂O₅；
（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；
（3）④的反應為氯酸鉀氧化VO₂⁺生成VO₃^-，依據電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；
（4）根據表中數據判斷，⑤中加入氨水，調節溶液pH最佳值為1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較小；依據沉淀溶度積計算分析；
（5）分析流程圖，物質參加反應，反應過程中又生成可以循環利用；

解答： 解：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反應，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅，
故答案為：SiO₂；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行，可以加入硫酸抑制平衡正向進行，
故答案為：加入堿中和產生的酸，平衡右移提高了釩的萃取率；H₂SO₄；
（3）④的反應為氯酸鉀氧化VO₂⁺生成VO₃^-，依據電荷守恒和原子守恒配平得到④的離子方程式為：6VO₂⁺+ClO₃^-+9H₂O=6VO₃^-+Cl^-+18H⁺；
故答案為：6VO₂⁺+ClO₃^-+9H₂O=6VO₃^-+Cl^-+18H⁺；
（4）根據表中數據判斷，⑤中加入氨水，調節溶液pH最佳值為1.7-1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較小；若釩沉淀率為93.1%時不產生Fe（OH）₃沉淀，此時PH=2，c（H⁺）=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據溶度積計算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol?L^-1，不產生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜2.6×10^-3mol?L^-1，
故答案為：1.7-1.8；2.6×10^-3mol?L^-1；
（5）分析流程圖，物質參加反應，反應過程中又生成的物質，或重復利用的物質可以循環利用，流程中有機萃取劑、氨氣可以循環利用；
故答案為：氨氣或氨水，有機萃取劑；

點評：本題考查了流程分析判斷，物質性質和實驗設計的方法應用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．