题目内容
【题目】工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下：
回答下列问题：
（1）步骤①所得废渣的成分是_____________（写化学式），操作II的名称是________________。
（2）步骤②、③的变化过程表示为（下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂）：R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)
2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)
③中X试剂为_____________（写化学式）。
（3）按要求完成下列方程式
④的离子方程式为_________________________________________。
加氨水调节pH过程中涉及的离子方程式为： _________________、_______________。
（4）25时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：
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 | 98.8 | 96.4 | 93.1 | 89.3 |
在实际生产中，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，则溶液中c(Fe3+)<_________mol/L（已知：25时，Ksp[Fe(OH)3]=2.610-39）。
（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有___________和_____________。
【答案】 SiO2 萃取、分液 H2SO4 6VO2++ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+ NH3·H2O+H+=NH4++H2O NH4++VO3-=NH4VO3↓ 1.7~1.8（或1.7、1.8其中一个） 2.61×0-3mol/L 氨气（或氨水或NH3或NH3·H2O 有机萃取剂（HA或有机溶剂或萃取后的有机层）
【解析】将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程，水溶过滤得到含VO2+、SO42-、K+的溶液，加入有机萃取剂分液得到含VO2+的有机层，再经过反萃取得到水层，加入KClO3氧化VO2+为VO3-，加入氨水调节溶液PH形成NH4VO3沉淀，灼烧得到V2O5。
(1)废钒催化剂(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)酸溶后，V2O5、Fe2O3和酸反应，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅，根据流程图，操作II是加入有机萃取剂进行萃取和分液，故答案为：SiO2；萃取、分液；
(2)③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行，可以加入硫酸抑制平衡正向进行，故答案为：H2SO4；
(3)④的反应为氯酸钾氧化VO2+生成VO3-，依据电荷守恒和原子守恒配平得到④的离子方程式为：6VO2++ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+；加氨水调节pH，氨水与酸发生中和反应，反应后生成了NH4VO3沉淀，反应的离子方程式为NH3·H2O+H+=NH4++H2O、NH4++VO3-=NH4VO3↓，故答案为：6VO2++ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+；NH3·H2O+H+=NH4++H2O、NH4++VO3-=NH4VO3↓；
(4)根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7-1.8，此时钡沉淀率达到最大，需要氨水量较小；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，此时pH=2，c(H+)=10-2mol/L，c(OH-)=10-12mol/L，则溶液中c(Fe3+)浓度依据溶度积计算，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.6×10-39，计算得到c(Fe3+)=2.6×10-3molL-1，不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)＜2.6×10-3molL-1，故答案为：1.7-1.8；2.6×10-3molL-1；
(5)分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，或重复利用的物质可以循环利用，流程中有机萃取剂、氨气可以循环利用；故答案为：氨气或氨水，有机萃取剂。
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