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）
（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）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

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：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⁺、SO₄^2-、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VO^3-，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，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅；
（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）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书写离子方程式；
（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：（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，
故答案为：SiO₂；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡，Rⁿ⁺（水层）+nHA（有机层）?RA_n（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；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：加入碱中和产生的酸，平衡右移提高了钒的萃取率；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⁺；
故答案为：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，K_sp[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：氨气或氨水，有机萃取剂；

点评：本题考查了流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等．