Question

【題目】工業上設計將VOSO4中的K2SO4、SiO2雜質除去并回收得到V2O5的流程如下：

回答下列問題：

（1）步驟①所得廢渣的成分是_____________（寫化學式），操作II的名稱是________________。

（2）步驟②、③的變化過程表示為（下式R表示VO2+，HA表示有機萃取劑）：R2(SO4)n(水層)+2nHA(有機層)2RAn(有機層)+nH2SO4(水層)

③中X試劑為_____________（寫化學式）。

（3）按要求完成下列方程式

④的離子方程式為_________________________________________。

加氨水調節pH過程中涉及的離子方程式為： _________________、_______________。

（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

在實際生產中，⑤中加入氨水，調節溶液的最佳pH為________；若釩沉淀率為93.1%時不產生Fe(OH)3沉淀，則溶液中c(Fe3+)<_________mol/L（已知：25時，Ksp[Fe(OH)3]=2.610-39）。

（5）該工藝流程中，可以循環利用的物質有___________和_____________。

Answer 1

【答案】 SiO2 萃取、分液 H2SO4 6VO2++ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+ NH3·H2O+H+=NH4++H2O NH4++VO3-=NH4VO3↓ 1.7~1.8（或1.7、1.8其中一個） 2.61×0-3mol/L 氨氣（或氨水或NH3或NH3·H2O 有機萃取劑（HA或有機溶劑或萃取后的有機層）

【解析】將VOSO4中的K2SO4、SiO2雜質除去并回收得到V2O5的流程，水溶過濾得到含VO2+、SO42-、K+的溶液，加入有機萃取劑分液得到含VO2+的有機層，再經過反萃取得到水層，加入KClO3氧化VO2+為VO3-，加入氨水調節溶液PH形成NH4VO3沉淀，灼燒得到V2O5。

(1)廢釩催化劑(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)酸溶后，V2O5、Fe2O3和酸反應，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅，根據流程圖，操作II是加入有機萃取劑進行萃取和分液，故答案為：SiO2；萃取、分液；

(2)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)④的反應為氯酸鉀氧化VO2+生成VO3-，依據電荷守恒和原子守恒配平得到④的離子方程式為：6VO2++ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+；加氨水調節pH，氨水與酸發生中和反應，反應后生成了NH4VO3沉淀，反應的離子方程式為NH3·H2O+H+=NH4++H2O、NH4++VO3-=NH4VO3↓，故答案為：6VO2++ClO3-+9H2O=6VO3-+Cl-+18H+；NH3·H2O+H+=NH4++H2O、NH4++VO3-=NH4VO3↓；

(4)根據表中數據判斷，⑤中加入氨水，調節溶液pH最佳值為1.7-1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較小；若釩沉淀率為93.1%時不產生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+)濃度依據溶度積計算，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.6×10-39，計算得到c(Fe3+)=2.6×10-3molL-1，不產生Fe(OH)3沉淀，則溶液中c(Fe3+)＜2.6×10-3molL-1，故答案為：1.7-1.8；2.6×10-3molL-1；

(5)分析流程圖，物質參加反應，反應過程中又生成的物質，或重復利用的物質可以循環利用，流程中有機萃取劑、氨氣可以循環利用；故答案為：氨氣或氨水，有機萃取劑。