Question

【題目】五氧化二釩用作冶金添加劑，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：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如表所示，回答下列問題：

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

（1）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 表示有機萃取劑的主要成分）R2(SO4)n（水層）+2nHA（有機層） 2RA（有機層）+ nH2SO4（水層）。②中萃取時必須加入適量堿，其原因是 ______________________；實驗室進行萃取操作使用的玻璃儀器為 ______________________。

（3）實驗室用的原料中V2O5 占 6%（原料中的所有釩已換算成 V2O5）。取 100 g 該廢釩催化劑按工業(yè)生產(chǎn)的步驟進行實驗，當(dāng)加入 100 mL 0.1 molL -1 的KClO3 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，則該實驗中釩的回收率是 __________________[M(V2O5)＝182 gmol -1]。

（4）25℃時，取樣進行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液 pH 之間的關(guān)系如表所示：

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

試判斷在實際生產(chǎn)時，⑤中加入 NH4Cl 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Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10 -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 2.6×10 -3 molL -1

【解析】

生產(chǎn)流程：廢釩催化劑（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2 和Fe2O3 等），據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V2O5和SiO2難溶于水，因為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，過濾得到濾渣為二氧化硅，強酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42-，加入有機萃取劑萃取分液得到有機溶液中VO2+，再加入X試劑進行反萃取分液，分離出有機層得到水層是含VO2+、Fe3+、SO42-的酸性水溶液，根據(jù)Rn+（水層）+nHA（有機層）RAn（有機層）+nH+（水層），加入的堿會和平衡體系中的氫離子反應(yīng)促進平衡正向進行，加入硫酸抑制平衡正向進行，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+4H++SO32-=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（有機層）VOA2（有機層）+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)的離子方程式為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-，100mL0.1mol/L的KClO3溶液中ClO3-物質(zhì)的量為n（ClO3-）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，則對應(yīng)的V2O5的物質(zhì)的量為0.03mol，質(zhì)量為0.03mol×182g/mol=5.46g，則該實驗中釩的回收率是，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，計算氫氧根離子濃度c（OH-）=10-12mol/L，K[Fe（OH）3]=2.6×10-39=c（Fe3+）c3（OH-），c（Fe3+）=2.6×10-3mol/L，故答案為：1.7；2.6×10-3mol/L。