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，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）SiO2 ；过滤（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］；H2SO4（3）NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－

（4）1.7～1.8（或1.7、1.8其中一个），2.6×10-3mol·L-1（5）氨气（或氨水）；有机萃取剂

【解析】

试题分析：（1）将含有K2SO4、SiO2杂质VOSO4样品溶于水，SiO2不溶于水，步骤①过滤得废渣的成分是SiO2；将难溶性固体与溶液分离的操作是过滤，故操作I的名称为过滤。

（2）根据化学工艺流程知步骤②为萃取，即平衡：R2(SO4)n (水层)+ 2nHA（有机层）2RAn（有机层）+ nH2SO4 (水层) 正向移动，故萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率；步骤③为反萃取，上述平衡逆向移动，故加入的X试剂为H2SO4。

（3）在含有VO2+、SO42-的水在加入氧化剂KClO3可以把+4价的VO2+氧化为+5价的VO3-，根据电荷守恒及电子守恒，结合质量守恒定律，可知该步骤④的离子方程式为6VO2++ClO3-+9H2O =6VO3 -+Cl-+ 18H+；步骤⑤中加入氨水，VO3 –与氨水反应生成NH4VO3沉淀，发生反应的离子方程式为NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－。

（4）根据25℃时，钒沉淀率和溶液pH之间关系表格数据可知pH为1.7、1.8时钒沉淀率最高，故调节溶液的最佳pH为1.7～1.8；若钒沉淀率为93.1%，则pH=2.0, c(H+)=10-2mol/L, c(OH-)=10-12 mol/L,此时不产生Fe(OH)3沉淀，根据Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39，则溶液中c(Fe3+)< Ksp[Fe(OH)3]/c3(OH-) =2.6×10-39 ÷(10-12)3=2.6×10-3mol/L。

（5）根据流程示意图可知：该工艺流程中可以循环利用的物质有氨气（或氨水）和有机萃取剂。

考点：考查化学工艺流程分析，离子方程式书写和沉淀溶解平衡计算。