Question

16．工業(yè)上設計將VOSO₄、SO₂雜質(zhì)除去并回收得到V₂O₅的流程如下：

請回答下列問題：
（1）步驟①所得廢渣的成分是SiO₂（寫化學式），操作Ⅰ的名稱過濾．
（2）步驟②、③的變化過程可簡化為（下式R表示VO²⁺，HA表示有機萃取劑）：
   R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機層）?2RA_n（有機層）+nH₂SO₄（水層）
   ②中萃取時必須加入適量堿，其原因是加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率．
   ③中X試劑為H₂SO₄．
（3）④的離子方程式為ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺．
（4）25℃時，取樣進行試驗分 析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關系如下表：

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	98.8	96.4	93.1	89.3

結(jié)合上表，在實際生產(chǎn)中，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為1.7-1.8．
  若釩沉淀率為93.1%時不產(chǎn)生Fe（OH）³沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜2.6×10^-3mol•L^-1．（已知：25℃時，K電[Fe（OH）₃]=2.6×10^-33）
（5）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有有機萃取劑和氨氣．

Answer 1

分析 VOSO₄（含有K₂SO₄、SiO₂）加水溶解，過濾，濾渣為SiO₂，濾液含有K⁺、VO²⁺、SO₄^2-，加有機溶劑萃取VO²⁺，分液，在含有VO²⁺的有機層中加硫酸，生成R₂（SO₄）_n，R₂（SO₄）_n易溶于水，加萃取劑，R₂（SO₄）_n在水層，向水溶液中加KClO₃氧化VO²⁺得到VO₃^-，加氨水調(diào)節(jié)pH生成NH₄VO₃沉淀，過濾，焙燒沉淀得到氨氣和V₂O₅；
（1）由流程分析可知廢渣為二氧化硅；操作I為分離固液混合物的操作；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；
（3）步驟④加入KClO₃使VO²⁺氧化為VO₃^-，則本身被還原為Cl^-，配平得離子方程式；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較��；依據(jù)沉淀溶度積計算分析；
（5）分析流程圖，物質(zhì)參加反應，反應過程中又生成可以循環(huán)利用．

解答 解：VOSO₄（含有K₂SO₄、SiO₂）加水溶解，過濾，濾渣為SiO₂，濾液含有K⁺、VO²⁺、SO₄^2-，加有機溶劑萃取VO²⁺，分液，在含有VO²⁺的有機層中加硫酸，生成R₂（SO₄）_n，R₂（SO₄）_n易溶于水，加萃取劑，R₂（SO₄）_n在水層，向水溶液中加KClO₃氧化VO²⁺得到VO₃^-，加氨水調(diào)節(jié)pH生成NH₄VO₃沉淀，過濾，焙燒沉淀得到氨氣和V₂O₅；
（1）VOSO₄（含有K₂SO₄、SiO₂）加水溶解，由于二氧化硅不溶于水，則廢渣為二氧化硅；操作I為分離固液混合物的操作，其操作為過濾；
故答案為：SiO₂；過濾；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；
故答案為：加入堿中和產(chǎn)生的酸，平衡右移提高了釩的萃取率；
③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行，可以加入硫酸抑制平衡正向進行，故答案為：H₂SO₄；
（3）步驟④加入KClO₃使VO²⁺氧化為VO₃^-，則本身被還原為Cl^-，配平得離子方程式為ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺，
故答案為：ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.7-1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較�。蝗翕C沉淀率為93.1%時不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，此時PH=2，c（H⁺）=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據(jù)溶度積計算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol•L^-1，不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜2.6×10^-3mol•L^-1，
故答案為：1.7-1.8；2.6×10^-3mol•L^-1；
（5）分析流程圖，物質(zhì)參加反應，反應過程中又生成的物質(zhì)，或重復利用的物質(zhì)可以循環(huán)利用，流程中有機萃取劑、氨氣可以循環(huán)利用，
故答案為：有機萃取劑；氨氣．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離提純實驗操作，涉及流程分析判斷、物質(zhì)性質(zhì)和實驗設計的方法應用、Ksp的應用，題目難度中等，注意把握題干信息的分析和應用，掌握基礎是關鍵．