Question

【化学–选修2：化学与技术】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）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）SiO2 （1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、百分含量等］（2分） H2SO4（2分）

（3）6VO2+＋ClO3－＋9H2O==6VO3－＋Cl－＋18H+（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）加入溶解后二氧化硅不溶于水，因此过滤得到滤渣的主要成分为二氧化硅；

（2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡R2(SO4)n (水层)＋2nHA（有机层）2RAn（有机层）＋nH2SO4 (水层)可知，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；

（3）④中是氧化剂氯酸钾氧化VO2+，反应中氯元素化合价从＋5价降低到－1价，得到6个电子。V元素化合价＋4价升高到＋5价，失去1个电子，根据电子得失守恒和原子守恒可知反应的离子方程式为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，此时钒沉淀率达到最大，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+）=0.01mol/L，c（OH-）=10-12mol/L，则溶液中c（Fe3+）浓度依据溶度积计算，即Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.6×10-39，解得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；

（5）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，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。

【考点定位】本题主要是考查了物质制备工艺流程图分析判断，物质性质和实验设计的方法应用

【名师点晴】该题为高考频考点，题目难度中等。无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力，所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。解得时注意灵活应用。