Question

从废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）中回收XO₅的一种生产工艺流程示意如图所示：

回答下列问题：

（1）①中滤渣的主要成分是               ．

（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中Rⁿ⁺表示VO²⁺或Fe³⁺，HA表示有机萃取 剂的主要成分）：

Rⁿ⁺（水层）+nHA（有机层）RA_n（有机层）+nH⁺（水层）

②中萃取时必须加入适量碱，其原因是            ．③中反萃取时加入的X试剂是            ．

（3）完成④中反应的离子方程式：       ClO₃^－+      VO²⁺+      H⁺=      VO³⁺+       Cl^－+

（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
钡沉淀率/%	88	92	93	95	95	95	93	90	87

根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为           ；若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）₃沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜             ．（已知：25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^﹣38）

（5）在整个工艺流程中，可以循环利用的物质是水、            和          ．

（6）写出废液Y中除H⁺之外的两种阳离子             ．

Answer

（1）SiO2；（2）加入碱中和产生的酸，平衡右移提高了钒的萃取率；硫酸；

（3）1；6；6；6；1；3；H2O；（4）1.6；4.0×10﹣2mol/L；

（5）有机萃取剂；氨气；（6）Fe3+、VO22+、NH4+、K+．

【解析】

试题分析：（1）废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等）酸溶后，V2O5、Fe2O3和酸反应，二氧化硅不与酸反应，过滤得到的滤渣为二氧化硅。

（2）②中萃取时必须加入适量碱，根据平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）RAn（有机层）+nH+（水层），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，所以②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和产生的酸，平衡右移提高了钒的萃取率；③中反萃取时加入的X试剂是硫酸。

（3）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒、原子守恒分析配平，ClO3-中氯元素化合价从+5价变化为-1价，得到电子6，VO2+变化为VO3+、元素化合价从+4价变化为+5价失电子1，依据电子守恒、原子守恒配平得到离子方程式为：ClO3-+6VO2++6H+=6VO3++Cl-+3H2O。

（4）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.6，此时钡沉淀率达到最大，需要调节的PH较小；若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）3沉淀，此时PH=2，氢离子浓度=10-2mol/L，c（OH-）=10-12mol/L，则溶液中c（Fe3+）浓度依据溶度积计算，Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=4.0×10-38，计算得到c（Fe3+）=4.0×10﹣2mol/L，若不产生Fe（OH）3沉淀，则溶液中c（Fe3+）＜4.0×10-2mol/L。（5）从流程图可知，③中有机萃取剂用于②中萃取，⑥中氨气用于⑤中调节pH，所以在整个工艺流程中，可以循环利用的物质是水、有机萃取剂和氨气。

（6）依据流程反应分析，加入的试剂在反应过程中生成的离子为VO22+，所以除H+之外的阳离子为Fe3+、VO22+、NH4+、K+．

考点：考查物质回收的工艺流程分析。