Question

【題目】五氧化二釩廣泛用于冶金、化工等行業(yè)，主要用于冶煉釩鐵．用作合金添加劑，占五氧化二釩總消耗量的80%以上，其次是用作有機(jī)化工的催化劑，為了增加V2O5的利用率，我們從廢釩催化劑（主要成分V2O5，VOSO4，K2SO4，SiO2和Fe2O3等）中回收V2O5的一種生產(chǎn)工藝流程示意圖如下：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下，回答下列問題：

物質(zhì)	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解牲	可溶	難溶	難溶	易溶

(l)①中廢渣的主要成分是____；①中V2O5發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________。

(2)②，③中的變化過程可簡化為（下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有機(jī)萃取劑的主要成分）：R2(SO4)n（水層）+2nHA（有機(jī)層）2RA（有機(jī)層）+nH2SO4（水層）。②中萃取時必須加入適量堿，其原因是________________；實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行萃取操作主要使用的玻璃儀器為________________。

(3)實(shí)驗(yàn)室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有釩已換算成V2O5)。取l00g該廢釩催化劑按工業(yè)生產(chǎn)的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)加入100 mL0.1mol/L的KC1O3溶液時，溶液中的釩恰好被完全處理，假設(shè)以后各步釩沒有損失，則該實(shí)驗(yàn)中釩的回收率是____(己知V2O5的相對分子質(zhì)量為182)。

(4) 25℃時，取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關(guān)系如下表：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率/%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.6	96.4	93.1	89.3

試判斷在實(shí)際生產(chǎn)時，⑤中加入氨水調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為_________；若釩沉淀率為93.1%時不產(chǎn)生Fe( OH)3沉淀，則此時溶液中c(Fe3+)=_________。(已知：25℃時k[Fe(OH)3]=2.6×l0-39.）

Answer 1

【答案】 SiO2 V2O5+4H++SO32-=2VO2++SO42-+2H2O 加入堿，中和H2SO4，使平衡正移 分液漏斗、燒杯 91.0% 1.7 2.6×l0-3mol/L

【解析】生產(chǎn)流程分析如下：廢釩催化劑(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)，據(jù)物質(zhì)的水溶性確定V2O5和SiO2難溶于水，即為得到的濾渣，亞硫酸根具有還原性，酸性條件下能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：V2O5+SO32+4H+=2VO2++SO42+2H2O，過濾得到的廢渣為二氧化硅，強(qiáng)酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42，加入有機(jī)萃取劑萃取分液得到有機(jī)溶液中VO2+，再加入X試劑進(jìn)行反萃取分液，分離出有機(jī)層，得到水層是含VO2+、Fe3+、SO42的酸性水溶液，根據(jù)Rn+(水層)+nHA(有機(jī)層)RAn(有機(jī)層)+nH+(水層)可知，加入的堿會和平衡體系中的氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，氯酸鉀具有氧化性，能將VO2+氧化為VO2+，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值得到NH4VO3，最后焙燒得到五氧化二釩即可；

(1).根據(jù)上述分析可知①中廢渣的主要成分是二氧化硅；①中V2O5發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：V2O5+SO32+4H+=2VO2++SO42+2H2O，故答案為：SiO2；V2O5+4H++SO32-=2VO2++SO42-+2H2O；

(2).反萃取時根據(jù)VOSO4+(水層)+2HA2(有機(jī)層)VOA2(有機(jī)層)+H2SO4(水層)可知，為提高②中萃取百分率，則加入堿中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃取，提高釩的萃取率，萃取分液操作時，用到的玻璃儀器有分液漏斗和燒杯，故答案為：加入堿中和H2SO4，使平衡正移；分液漏斗、燒杯；

(3).結(jié)合得失電子守恒和原子守恒配平得到加入氯酸鉀時發(fā)生的反應(yīng)離子方程式為：ClO3+6VO2++6H+=6VO3++Cl+3H2O，根據(jù)該離子方程式可得如下關(guān)系：3V2O5～6VO2+～ClO3，100 mL0.1mol/L的KC1O3溶液中ClO3的物質(zhì)的量為n（ClO3）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，則對應(yīng)V2O5的物質(zhì)的量為0.03mol，質(zhì)量為0.03mol×182g/mol=5.46g，則該實(shí)驗(yàn)中釩的回收率是=91.0%，故答案為：91.0%；

(4).從沉淀率和pH關(guān)系可知，隨pH增大，沉淀率先增大后減小，故沉淀率最大的pH即為最佳pH，pH=1.7時釩的沉淀率最大為98.8%，加入氨水調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為1.7，若釩沉淀率為93.1%時不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，此時溶液pH=2，計(jì)算氫氧根離子濃度為c(OH)=1012mol/L，k[Fe(OH)3]=2.6×1039=c(Fe3+)c3(OH)，c(Fe3+)=2.6×1039÷(1012)3=2.6×103mol/L，故答案為：1.7；2.6×103mol/L。