Question

普通钢中加入少量的钒（V））能极大地改善钢的弹性和强度，使钢材既耐高温又抗奇寒，因此它有“合金维生素“之称．'T业上回收废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中钒的主要流程如下：

回答下列问题：
（1）滤渣l的主要成分是

 

．
（2）步骤②中发生反应的离子方程式为

 

（3）步骤③的变化过程可简化为（HA表示有机萃取剂）
VOSO₄ +（水层）+2HA₂（有机层）?VOA₂（有机层）+H₂SO₄（水层），则步骤④中可选择硫酸作萃取剂的原因是

 

．萃取和反萃取在实验室 里用到的玻璃仪器有

 

和

 

．
（4）该工艺流程中，可以循环利用的物质除了氨气以外，还有

 

．
（5）调节溶液pH，可将（VO₂）SO₄转变成NH₄VO₃沉淀；25℃时，当PH 为1.7～1.8 时，钒沉淀率为98.8%；假设其它各步反应都完全进行，已知KC1O₃ 的还原产物是KCl，若每消耗1moi KC1O₃，理论上可回收金属钒

 

g（计算结果保留一位小数）

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：废钒催化剂的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂，废钒粉碎水浸后，V₂O₅和SiO₂难溶于水，经过滤成为滤渣1，滤液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，滤渣1加硫酸、亚硫酸钠是将钒废催化剂中V₂O₅转变成可溶于水的VOSO₄，发生了氧化还原反应，反应为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，过滤后得到滤液，主要成分是VOSO₄，第一次过滤，滤液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，两者合并，加入有机萃取剂，通过萃取，把剩余余酸和有机层分开，通过反萃取，把萃取剂和离子分开，加入氧化剂KClO₃把VO²⁺氧化成VO³⁺，调节pH加入氨水，得到含钒的沉淀，灼烧得到V₂O₅和氨气，有机萃取剂和氨气再循环利用．
（1）据物质的水溶性确定，V₂O₅和SiO₂难溶于水；
（2）步骤②中发生氧化还原反应，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；
（3）反萃取时加入的硫酸试剂是抑制平衡正向进行；根据萃取和反萃取操作用到的仪器分析解答；
（4）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；
（5）根据氯、钒元素的化合价的变化，利用氧化还原反应配平得方程式，ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，根据方程式计算；

解答： 解：废钒催化剂的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂，废钒粉碎水浸后，V₂O₅和SiO₂难溶于水，经过滤成为滤渣1，滤液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，滤渣1加硫酸、亚硫酸钠是将钒废催化剂中V₂O₅转变成可溶于水的VOSO₄，发生了氧化还原反应，反应为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，过滤后得到滤液，主要成分是VOSO₄，第一次过滤，滤液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，两者合并，加入有机萃取剂，通过萃取，把剩余余酸和有机层分开，通过反萃取，把萃取剂和离子分开，加入氧化剂KClO₃把VO²⁺氧化成VO³⁺，调节pH加入氨水，得到含钒的沉淀，灼烧得到V₂O₅和氨气，有机萃取剂和氨气再循环利用．
（1）废钒粉碎水浸后，V₂O₅和SiO₂难溶于水，经过滤成为滤渣，
故答案为：V₂O₅、SiO₂；
（2）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，根据得失电子守恒和电荷守恒，离子反应方程式为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）反萃取时分析平衡，VOSO₄ +（水层）+2HA₂（有机层）?VOA₂（有机层）+H₂SO₄（水层），加入硫酸抑制平衡正向进行，使VOSO₄进入水层；萃取和反萃取在实验室里用到的玻璃仪器名称叫分液漏斗、烧杯，
故答案为：加入硫酸使平衡向左移动，使VOSO₄进入水层；分液漏斗、烧杯；
（4）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；
（5）氯元素化合价从+5→-1，化合价降低6，钒化合价从+4→+5，化合价升高1，二者最小公倍数为6，把变价元素配平，初步配平为：ClO₃^-+6VO²⁺+H⁺→6VO³⁺+Cl^-+H₂O，根据氧原子守恒确定H₂O前系数为3，氢离子前系数为6，故配平后为：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，消耗1molKClO₃时，生成6molVO²⁺，钒沉淀率为98.8%，根据原子守恒，m（V）=n（V）×M（V）×98.8%=6mol×51g/mol×98.8%≈302.3g，
故答案为：302.3；

点评：本题考查了工艺流程图，题目中等难度．注意提取钒元素的流程分析和氧化还原反应的应用，注意从流程中得到解题信息，配平时根据化合价升降总数相等来配平是常用方法．