Question

（14分）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，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

（14分）

（1）SiO2 （1分）；过滤（1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、百分含量等］（2分）；H2SO4（2分）

（3）NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－（2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）

（5）氨气（或氨水）（1分）；有机萃取剂（1分）

【解析】

试题分析：（1）将VOSO4中的K2SO4、SiO2溶于水后，不溶于水的物质，过滤除去，二氧化硅不溶于水，所以步骤①所得废渣的成分是SiO2；操作I的名称是过滤；

（2）根据萃取时发生的反应，②中萃取时必须加入适量碱，可减小水层硫酸的浓度，使平衡正向移动，转化为RAn；③为反萃取，则使平衡逆向移动，所以加入的萃取剂是H2SO4，得到HA萃取剂，再加入到②中；

（3）根据流程图，加入氯酸钾的目的是把VO2+氧化为VO3－；加入氨水后得到NH4VO3沉淀，说明一水合氨与VO3－反应生成沉淀，所以离子方程式为NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－；

（4）根据表中数据在pH为1.7～1.8时，钒的沉淀率达到最大值，再增大溶液的pH，钒的沉淀率降低，所以最佳的pH为1.7～1.8；

若钒沉淀率为93.1%时pH=2，c（OH－）=10-12mol/L，为了不产生Fe(OH)3沉淀，则c（OH－）3×c(Fe3+)< Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39,则c(Fe3+)<2.6×10-3mol·L-1；

（5）根据流程图可知，流程图中的物质对此出现的为被再利用的物质，所以该工艺中循环利用的物质是HA萃取剂和氨气。

考点：考查对工艺流程的分析，平衡移动原理的应用，溶度积的应用，实验方案的设计