Question

【题目】“钢是虎，钒是翼，钢含钒犹如虎添翼”，金属钒被誉为“合金的维生素”。从废钒(主要成分为V2O5、Fe2O3、SiO2等)中回收V2O5的一种工艺流程如下图所示:

已知:步骤②、③中的变化过程可简化为:Rn+(水层)+nHA(有机层)RAn(有机层)+nH+(水层)(式中Rn+表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取剂)。

回答下列问题:

（1）步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应的化学方程式为______________。

（2）萃取时应加入适量碱的作用是___________________。

（3）步骤④中反应的离子方程式为___________________。

（4）步骤⑤25°C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

通过表中数据分析，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH范围为______；

若加入氨水调节溶液pH=2，钒沉淀率达到93%且不产生Fe(OH)3沉淀，则此时溶液中c(Fe3+)<_____mol/L(按25℃计算，25℃时Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39)。

（5）V2O5是两性氧化物，在强酸性溶液中以VO2+形式存在，VO2+具有强氧化性，能将I-氧化为I2，本身被还原为VO+，则V2O5与氢碘酸反应的离子方程式为_________________。

（6）为提高钒的回收率，步骤②和③需多次进行，假设酸浸所得“强酸性浸出液”中c(VO2+)=amol/L，步骤②和③每进行一次，VO2+萃取率为80%，4次操作后，“强酸性浸出液中”c(VO2+)=_______mol/L(萃取率=)

Answer 1

【答案】 V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O 加入碱中和产生的酸，使平衡向RAn移动，提高钒的萃取率 ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+ 1.7~1.8 2.6×l0-3 V2O5+6H++4I-=2VO++2I2+3H2O 1.6a×l0-3

【解析】废钒(主要成分为V2O5、Fe2O3、SiO2等)加入硫酸和亚硫酸钾酸浸后过滤得到强酸性浸出液含VO2+、Fe3+、K+，加入有机萃取剂萃取分液得到有机层和水层，在有机层中加入硫酸Rn+(水层)+nHA(有机层)RAn(有机层)+nH+(水层)，平衡逆向进行，反萃取得到酸性溶液含VO2+、Fe3+、SO42-，加入氯酸钾氧化VO2+生成VO2+，得到溶液中含VO2+、Cl-、Fe3+、SO42-，加入氨水，调节溶液pH=2，钒沉淀率达到93%且不产生Fe(OH)3沉淀，沉钒得到NH4VO3，焙烧得到产品V2O5。

(1)步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应是V2O5在酸性溶液中氧化亚硫酸钾生成硫酸钾，五氧化二钒被还原为VOSO4，反应的化学方程式为：V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O，故答案为：V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O；

(2)萃取时应加入适量碱的作用是中和产生的酸，使平衡向生成RAn的方向移动，提高钒的萃取率，故答案为：加入碱中和产生的酸，使平衡向生成RAn移动，提高钒的萃取率；

(3)步骤④中反应是氯酸钾氧化VO2+离子生成VO2+，反应的离子方程式为：ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+，故答案为：ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+；

(4)根据表格数据可知，pH在1.7~1.8之间时，钒沉淀率最高，步骤⑤加入氨水调节溶液pH=2，c(H+)=10-2mol/L，c(OH-)==10-12mol/L，钒沉淀率达到93%且不产生Fe(OH)3沉淀，25℃时Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=2.6×10-39，c(Fe3+)==2.6×l0-3 ，故答案为：1.7~1.8；2.6×l0-3；

(5)VO2+具有强氧化性，能将I-氧化为I2，本身被还原为VO+，则V2O5与氢碘酸反应的离子方程式为：V2O5+6H++4I-=2VO++2I2+3H2O，故答案为：V2O5+6H++4I-=2VO++2I2+3H2O；

(6)强酸性浸出液中c(VO2+)=amol/L，步骤②和③每进行一次，VO2+萃取率为80%，4次操作后“强酸性浸出液中”c(VO2+)依据萃取率80%，剩余溶液中20%，四次萃取中萃取的量= ×100%，计算得到剩余溶液中c(VO2+)=a×20%×20%×20%×20%=1.6a×l0-3，故答案为：1.6a×l0-3。