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

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，K_sp[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

（16分）

（1）SiO2 （写名称0分）（2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、充分溶解等］（2分）；H2SO4（2分）（写稀硫酸、浓硫酸也给分）

（3）NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－或NH3·H2O+VO3－+H+ =NH4VO3↓+ H2O或分2步：NH3·H2O+H+ = NH4++H2O，NH4++VO3－ =NH4VO3↓（2分）（不写↓扣1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）（数值1分、单位1分）

（5）氨气（或氨水或NH3或NH3·H2O）（1分）；有机萃取剂（HA或有机溶剂或萃取后的有机层也给分）（1分）（2空之间无顺序要求）

【解析】

试题分析：（1）对比操作I前后的物质，可以判断VOSO4、K2SO4是易溶易电离的盐，而二氧化硅是难溶于水的酸性氧化物，因此滤渣的主要成分是SiO2；操作I的目的是从混合物中分离滤渣和溶液，说明I是过滤；（2）加入碱，碱能中和硫酸，减小硫酸浓度，使R2(SO4)n (水层)+ 2nHA(有机层)2RAn(有机层)+ nH2SO4 (水层)的平衡向正反应方向移动，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、充分溶解等］；加入X试剂的目的是得到有机萃取剂HA，因此需要使R2(SO4)n (水层)+ 2nHA(有机层)2RAn(有机层)+ nH2SO4 (水层)的平衡向逆反应方向移动，且不能引入新的杂质，因此X为硫酸；（3）加入氨水提高溶液的pH至1.7～1.8之间时，首先氨水与酸中和生成铵根离子，接着铵根离子与钒酸根离子结合生成钒酸铵沉淀，即NH3·H2O+H+ = NH4++H2O，NH4++VO3－ =NH4VO3↓或NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－或NH3·H2O+VO3－+H+ =NH4VO3↓+ H2O；（4）读表，pH至1.7～1.8之间时，钒沉淀率最高，达到98.8%；根据钒沉淀率和溶液pH之间关系，若钒沉淀率为93.1%，则溶液pH=2.0，则c(H+)=10—2mol/L，由于常温下水的离子积为1.0×10—14，c(OH－)=Kw/ c(H+)=10—12mol/L，若不产生Fe(OH)3沉淀，则Qc