Question

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）2RA_n（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）⑤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

 
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       。

Answer 1

（1）SiO₂；过滤
（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RA_n（有机层）的浓度、百分含量等］；H₂SO₄
（3）NH₃·H₂O+VO₃^－ =NH₄VO₃↓+OH^－
（4）1．7～1．8（或1．7、1．8其中一个），2．6×10^-3mol·L^-1
（5）氨气（或氨水）；有机萃取剂

试题分析：（1）在上述处理过程中只有SiO₂不能溶解与水中，所以步骤①过滤所得废渣的成分是SiO₂。（2）②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱可以与上述平衡中的生成物硫酸反应反应，减少生成物的浓度，化学平衡正向移动，这样就可以提高钒的萃取率，根据框图的物质转化关系可知在③中X试剂应该为H₂SO₄。⑶在步骤④中KClO3把VO²⁺氧化为VO₃^-，在步骤⑤中加入氨水调节溶液的PH,这时转化为难溶的NH₄VO₃沉淀。该反应的离子方程式为NH₃·H₂O+VO₃^－ =NH₄VO₃↓+OH^－。（4）在实际生产中，结合表中给定的数据可知：在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%，则溶液的pH为2．0，c(H⁺)= 10^-2mol/L,c(OH^-)=Kw÷c(H⁺)=10^-14÷10^-2=10^-12mol/L． 此时不产生Fe(OH)₃沉淀，则c(Fe³⁺)·c(OH^-)³< 2．6 ×10^-39． c(Fe³⁺) <2．6×10^-39÷c(OH^-)³=2．6×10^-39÷(10^-12)³=2．6×10^-3mol/L． ⑸ 由流程图示可以看出：在该工艺流程中，可以循环利用的物质有氨气（或氨水）和有机萃取剂。