Question

【题目】五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁．用作合金添加剂，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：

部分含钒物质在水中的溶解性如下，回答下列问题：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解牲	可溶	难溶	难溶	易溶

(l)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)n（水层）+2nHA（有机层）2RA（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主要使用的玻璃仪器为________________。

(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l00g该废钒催化剂按工业生产的步骤进行实验，当加入100 mL0.1mol/L的KC1O3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____(己知V2O5的相对分子质量为182)。

(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	2.1
钒沉淀率/%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.6	96.4	93.1	89.3

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(Fe3+)=_________。(已知：25℃时k[Fe(OH)3]=2.6×l0-39.）

Answer 1

【答案】 SiO2 V2O5+4H++SO32-=2VO2++SO42-+2H2O 加入碱，中和H2SO4，使平衡正移 分液漏斗、烧杯 91.0% 1.7 2.6×l0-3mol/L

【解析】生产流程分析如下：废钒催化剂(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)，据物质的水溶性确定V2O5和SiO2难溶于水，即为得到的滤渣，亚硫酸根具有还原性，酸性条件下能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32+4H+=2VO2++SO42+2H2O，过滤得到的废渣为二氧化硅，强酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42，加入有机萃取剂萃取分液得到有机溶液中VO2+，再加入X试剂进行反萃取分液，分离出有机层，得到水层是含VO2+、Fe3+、SO42的酸性水溶液，根据Rn+(水层)+nHA(有机层)RAn(有机层)+nH+(水层)可知，加入的碱会和平衡体系中的氢离子反应促进平衡正向进行，加入硫酸抑制平衡正向进行，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，加入氨水，调节溶液pH到最佳值得到NH4VO3，最后焙烧得到五氧化二钒即可；

(1).根据上述分析可知①中废渣的主要成分是二氧化硅；①中V2O5发生反应的离子方程式为：V2O5+SO32+4H+=2VO2++SO42+2H2O，故答案为：SiO2；V2O5+4H++SO32-=2VO2++SO42-+2H2O；

(2).反萃取时根据VOSO4+(水层)+2HA2(有机层)VOA2(有机层)+H2SO4(水层)可知，为提高②中萃取百分率，则加入碱中和硫酸使平衡正移、多次连续萃取，提高钒的萃取率，萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯，故答案为：加入碱中和H2SO4，使平衡正移；分液漏斗、烧杯；

(3).结合得失电子守恒和原子守恒配平得到加入氯酸钾时发生的反应离子方程式为：ClO3+6VO2++6H+=6VO3++Cl+3H2O，根据该离子方程式可得如下关系：3V2O5～6VO2+～ClO3，100 mL0.1mol/L的KC1O3溶液中ClO3的物质的量为n（ClO3）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，则对应V2O5的物质的量为0.03mol，质量为0.03mol×182g/mol=5.46g，则该实验中钒的回收率是=91.0%，故答案为：91.0%；

(4).从沉淀率和pH关系可知，随pH增大，沉淀率先增大后减小，故沉淀率最大的pH即为最佳pH，pH=1.7时钒的沉淀率最大为98.8%，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，计算氢氧根离子浓度为c(OH)=1012mol/L，k[Fe(OH)3]=2.6×1039=c(Fe3+)c3(OH)，c(Fe3+)=2.6×1039÷(1012)3=2.6×103mol/L，故答案为：1.7；2.6×103mol/L。