Question

工業(yè)上設(shè)計將VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂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           （寫化學(xué)式），操作I的名稱      。
（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                            。
③中X試劑為                   。
（3）⑤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(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	98．8	96．4	93．1	89．3

 
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          ；
若釩沉淀率為93．1%時不產(chǎn)生Fe(OH)₃沉淀，則溶液中c(Fe³⁺)<             。
(已知：25℃時，Ksp[Fe(OH)₃]=2．6×10^-39)
（5）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有               和       。

Answer 1

（1）SiO₂；過濾
（2）加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率［或類似表述，如提高RA_n（有機層）的濃度、百分含量等］；H₂SO₄
（3）NH₃·H₂O+VO₃^－ =NH₄VO₃↓+OH^－
（4）1．7～1．8（或1．7、1．8其中一個），2．6×10^-3mol·L^-1
（5）氨氣（或氨水）；有機萃取劑

試題分析：（1）在上述處理過程中只有SiO₂不能溶解與水中，所以步驟①過濾所得廢渣的成分是SiO₂。（2）②中萃取時必須加入適量堿，其原因是加入堿可以與上述平衡中的生成物硫酸反應(yīng)反應(yīng)，減少生成物的濃度，化學(xué)平衡正向移動，這樣就可以提高釩的萃取率，根據(jù)框圖的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知在③中X試劑應(yīng)該為H₂SO₄。⑶在步驟④中KClO3把VO²⁺氧化為VO₃^-，在步驟⑤中加入氨水調(diào)節(jié)溶液的PH,這時轉(zhuǎn)化為難溶的NH₄VO₃沉淀。該反應(yīng)的離子方程式為NH₃·H₂O+VO₃^－ =NH₄VO₃↓+OH^－。（4）在實際生產(chǎn)中，結(jié)合表中給定的數(shù)據(jù)可知：在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%，則溶液的pH為2．0，c(H⁺)= 10^-2mol/L,c(OH^-)=Kw÷c(H⁺)=10^-14÷10^-2=10^-12mol/L． 此時不產(chǎn)生Fe(OH)₃沉淀，則c(Fe³⁺)·c(OH^-)³< 2．6 ×10^-39． c(Fe³⁺) <2．6×10^-39÷c(OH^-)³=2．6×10^-39÷(10^-12)³=2．6×10^-3mol/L． ⑸ 由流程圖示可以看出：在該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有氨氣（或氨水）和有機萃取劑。