题目内容

16.工业上设计将VOSO4、SO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下:

请回答下列问题:
(1)步骤①所得废渣的成分是SiO2(写化学式),操作Ⅰ的名称过滤.
(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂):
   R2(SO4n(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,其原因是加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动,提高钒的萃取率.
   ③中X试剂为H2SO4
(3)④的离子方程式为ClO3-+6VO2++9H2O=Cl-+6VO3-+18H+
(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:
pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1
钒沉淀率%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3
结合上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为1.7-1.8.
  若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)<2.6×10-3mol•L-1.(已知:25℃时,K电[Fe(OH)3]=2.6×10-33
(5)该工艺流程中,可以循环利用的物质有有机萃取剂和氨气.

分析 VOSO4(含有K2SO4、SiO2)加水溶解,过滤,滤渣为SiO2,滤液含有K+、VO2+、SO42-,加有机溶剂萃取VO2+,分液,在含有VO2+的有机层中加硫酸,生成R2(SO4n,R2(SO4n易溶于水,加萃取剂,R2(SO4n在水层,向水溶液中加KClO3氧化VO2+得到VO3-,加氨水调节pH生成NH4VO3沉淀,过滤,焙烧沉淀得到氨气和V2O5
(1)由流程分析可知废渣为二氧化硅;操作I为分离固液混合物的操作;
(2)②中萃取时必须加入适量碱,会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行;③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行;
(3)步骤④加入KClO3使VO2+氧化为VO3-,则本身被还原为Cl-,配平得离子方程式;
(4)根据表中数据判断,⑤中加入氨水,调节溶液pH最佳值为1.8,此时钡沉淀率达到最大,需要氨水量较小;依据沉淀溶度积计算分析;
(5)分析流程图,物质参加反应,反应过程中又生成可以循环利用.

解答 解:VOSO4(含有K2SO4、SiO2)加水溶解,过滤,滤渣为SiO2,滤液含有K+、VO2+、SO42-,加有机溶剂萃取VO2+,分液,在含有VO2+的有机层中加硫酸,生成R2(SO4n,R2(SO4n易溶于水,加萃取剂,R2(SO4n在水层,向水溶液中加KClO3氧化VO2+得到VO3-,加氨水调节pH生成NH4VO3沉淀,过滤,焙烧沉淀得到氨气和V2O5
(1)VOSO4(含有K2SO4、SiO2)加水溶解,由于二氧化硅不溶于水,则废渣为二氧化硅;操作I为分离固液混合物的操作,其操作为过滤;
故答案为:SiO2;过滤;
(2)②中萃取时必须加入适量碱,分析平衡,Rn+(水层)+nHA(有机层)?RAn(有机层)+nH+(水层),加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行;
故答案为:加入碱中和产生的酸,平衡右移提高了钒的萃取率;
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)步骤④加入KClO3使VO2+氧化为VO3-,则本身被还原为Cl-,配平得离子方程式为ClO3-+6VO2++9H2O=Cl-+6VO3-+18H+
故答案为:ClO3-+6VO2++9H2O=Cl-+6VO3-+18H+
(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+)=2.6×10-3mol•L-1,不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)<2.6×10-3mol•L-1
故答案为:1.7-1.8;2.6×10-3mol•L-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:有机萃取剂;氨气.

点评 本题考查了物质的分离提纯实验操作,涉及流程分析判断、物质性质和实验设计的方法应用、Ksp的应用,题目难度中等,注意把握题干信息的分析和应用,掌握基础是关键.

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