Question

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⑤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)。所得NH₄VO₃为离子化合物，NH₄⁺的电子式为_______。

（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(萃取的量=×100%)

Answer

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+ 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进行酸浸，V2O5反应后化合价降低，被还原为VO2+，Fe2O3被酸溶解为硫酸铁，SiO2不溶于硫酸，成为滤渣。浸出液用有机萃取剂萃取，VO2+和Fe3+进入有机层，再用硫酸反萃取，得到的水溶液中有VO2+、Fe3+和SO42-，用氯酸钾氧化VO2+为VO2+，然后用氨水沉钒，得到NH4VO3沉淀，最后焙烧得到成品V2O5。

（1）SiO2不溶于硫酸，铁离子的化合价没有改变，所以亚硫酸根被氧化，而V2O5被还原为VO2+，方程式为：V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O；

（2）碱与反应生成的氢离子反应，使反应向正向移动，提高RAn的生产率，增加萃取量；

（3）VO2+被氧化为VO2+，ClO3-被还原为 Cl-，所以离子方程式为：ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+；

（4）当pH=2时，c(OH-)=1.0×10-12mol/L，此时，所以c(Fe3+)<2.6×l0-3mol/L；NH4+的电子式为；

（5）反应物为V2O5、H+及I-，生成物为VO+，I2，离子方程式为：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+)==a×0.24mol/L=1.6a×l0-3 mol/L。