题目内容
【题目】【化学–选修2：化学与技术】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：
请回答下列问题：
（1）步骤①所得废渣的成分是 （写化学式），操作I的名称 。
（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(SO4)n(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 。
③中X试剂为 。
（3）④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 |
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 。
若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)＜ 。
（已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39）
（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有 和 。
【答案】（1）SiO2（1分） 过滤（2分） （2）加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率［或类似表述，如提高RAn（有机层）的浓度、百分含量等］（2分） H2SO4（2分）
（3）6VO2+＋ClO3－＋9H2O==6VO3－＋Cl－＋18H+（2分）
（4）1.7～1.8（或1.7、1.8其中一个）（2分），2.6×10－3mol·L－1（2分）
（5）氨气（或氨水）（1分）；有机萃取剂（1分）
【解析】试题分析：（1）加入溶解后二氧化硅不溶于水，因此过滤得到滤渣的主要成分为二氧化硅；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡R2(SO4)n(水层)＋2nHA（有机层）
2RAn（有机层）＋nH2SO4 (水层)可知，加入的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，可以加入硫酸抑制平衡正向进行；
（3）④中是氧化剂氯酸钾氧化VO2+，反应中氯元素化合价从＋5价降低到－1价，得到6个电子。V元素化合价＋4价升高到＋5价，失去1个电子，根据电子得失守恒和原子守恒可知反应的离子方程式为6VO2+＋ClO3－＋9H2O==6VO3－＋Cl－＋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，此时钒沉淀率达到最大，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+）=0.01mol/L，c（OH-）=10-12mol/L，则溶液中c（Fe3+）浓度依据溶度积计算，即Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.6×10-39，解得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；
（5）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，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。
