Question

18．从废钒催化剂（主要成分为V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等）中回收V₂O₅的一种工艺流程示意图如下，请回答下列问题：

（1）步骤①中废渣的主要成分是SiO₂，③中X试剂为H₂SO₄．
（2）②、③的变化过程可简化为R₂（SO₄）_n （水层）+2nHA（有机层）?2RA_n（有机层）+nH₂SO₄（水层）（R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）．为提高②中萃取百分率，应采取的措施是加入碱中和硫酸使平衡正移．
（3）请完成④中反应的离子方程式：
ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺═6VO³⁺+1Cl^-+H₂O．
（4）25℃时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：

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

结合上表，在实际生产时⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH值为1.7～1.8．
（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有有机萃取剂、氨气．

Answer 1

分析 废钒催化剂经过水浸、酸浸、加入亚硫酸钾还原，该过程中二氧化硅不溶于水、不反应，过滤分离，得到废渣为二氧化硅，滤液中含有H⁺、VO²⁺、K⁺、SO₄^2-等，在滤液中加入有机萃取剂萃取滤液中VO²⁺，通过分液得到含有VO²⁺的有机层，加入试剂X进行反萃取，结合（2）中步骤②、③的变化为可逆过程，可知X为硫酸，加入硫酸分液得到有机层和水层，由加入氨水调节pH得到的沉淀，结合（3）中可知加入氧化剂KClO₃氧化VO²⁺为VO³⁺，结合（4）中得到钒沉淀率和溶液pH之间关系，可知pH应调节在1.7～1.8，最后沉淀分解得到氨气和V₂O₅，由工艺流程可知，氨气与有机溶剂可以循环利用．
（1）钒催化剂经过水浸、酸浸、加入亚硫酸钾还原，该过程中二氧化硅不溶于水、不反应，过滤得到滤渣为二氧化硅；③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；
（3）KClO₃氧化VO²⁺为VO³⁺，ClO₃^-被还原为Cl^-，结合电荷守恒、原子守恒配平；
（4）根据钒沉淀率最高确定溶液pH；
（5）某一步骤中用到的物质，再其它步骤可以生成，该物质可以循环利用．

解答 解：废钒催化剂经过水浸、酸浸、加入亚硫酸钾还原，该过程中二氧化硅不溶于水、不反应，过滤分离，得到废渣为二氧化硅，滤液中含有H⁺、VO²⁺、K⁺、SO₄^2-等，在滤液中加入有机萃取剂萃取滤液中VO²⁺，通过分液得到含有VO²⁺的有机层，加入试剂X进行反萃取，结合（2）中步骤②、③的变化为可逆过程，可知X为硫酸，加入硫酸分液得到有机层和水层，由加入氨水调节pH得到的沉淀，结合（3）中可知加入氧化剂KClO₃氧化VO²⁺为VO³⁺，结合（4）中得到钒沉淀率和溶液pH之间关系，可知pH应调节在1.7～1.8，最后沉淀分解得到氨气和V₂O₅，由工艺流程可知，氨气与有机溶剂可以循环利用．
（1）钒催化剂经过水浸、酸浸、加入亚硫酸钾还原，该过程中二氧化硅不溶于水、不反应，过滤得到滤渣为二氧化硅；
③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行，可以加入硫酸抑制平衡正向进行，
故答案为：SiO₂；H₂SO₄；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行，提高了钒的萃取率，故答案为：加入碱中和硫酸使平衡正移；
（3）KClO₃氧化VO²⁺为VO³⁺，ClO₃^-被还原为Cl^-，配平后离子方程式为：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，故答案为：6；6；6；1；3H₂O；
（4）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7～1.8，此时钒沉淀率达到最大，故答案为：1.7～1.8；
（5）由工业流程图可知，流程中有机萃取剂、氨气可以循环利用，故答案为：有机萃取剂、氨气．

点评 本题考查实验制备方案，关键是理解化学工艺流程，注意根据流程图结合题目问题分析，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．