Question

16．工业上设计将VOSO₄、SO₂杂质除去并回收得到V₂O₅的流程如下：

请回答下列问题：
（1）步骤①所得废渣的成分是SiO₂（写化学式），操作Ⅰ的名称过滤．
（2）步骤②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）：
   R₂（SO₄）_n（水层）+2nHA（有机层）?2RA_n（有机层）+nH₂SO₄（水层）
   ②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率．
   ③中X试剂为H₂SO₄．
（3）④的离子方程式为ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺．
（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，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为1.7-1.8．
  若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）³沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜2.6×10^-3mol•L^-1．（已知：25℃时，K电[Fe（OH）₃]=2.6×10^-33）
（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有有机萃取剂和氨气．

Answer 1

分析 VOSO₄（含有K₂SO₄、SiO₂）加水溶解，过滤，滤渣为SiO₂，滤液含有K⁺、VO²⁺、SO₄^2-，加有机溶剂萃取VO²⁺，分液，在含有VO²⁺的有机层中加硫酸，生成R₂（SO₄）_n，R₂（SO₄）_n易溶于水，加萃取剂，R₂（SO₄）_n在水层，向水溶液中加KClO₃氧化VO²⁺得到VO₃^-，加氨水调节pH生成NH₄VO₃沉淀，过滤，焙烧沉淀得到氨气和V₂O₅；
（1）由流程分析可知废渣为二氧化硅；操作I为分离固液混合物的操作；
（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中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行；
（3）步骤④加入KClO₃使VO²⁺氧化为VO₃^-，则本身被还原为Cl^-，配平得离子方程式；
（4）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.8，此时钡沉淀率达到最大，需要氨水量较小；依据沉淀溶度积计算分析；
（5）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成可以循环利用．

解答 解：VOSO₄（含有K₂SO₄、SiO₂）加水溶解，过滤，滤渣为SiO₂，滤液含有K⁺、VO²⁺、SO₄^2-，加有机溶剂萃取VO²⁺，分液，在含有VO²⁺的有机层中加硫酸，生成R₂（SO₄）_n，R₂（SO₄）_n易溶于水，加萃取剂，R₂（SO₄）_n在水层，向水溶液中加KClO₃氧化VO²⁺得到VO₃^-，加氨水调节pH生成NH₄VO₃沉淀，过滤，焙烧沉淀得到氨气和V₂O₅；
（1）VOSO₄（含有K₂SO₄、SiO₂）加水溶解，由于二氧化硅不溶于水，则废渣为二氧化硅；操作I为分离固液混合物的操作，其操作为过滤；
故答案为：SiO₂；过滤；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡，Rⁿ⁺（水层）+nHA（有机层）?RA_n（有机层）+nH⁺（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；
故答案为：加入碱中和产生的酸，平衡右移提高了钒的萃取率；
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：H₂SO₄；
（3）步骤④加入KClO₃使VO²⁺氧化为VO₃^-，则本身被还原为Cl^-，配平得离子方程式为ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺，
故答案为：ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺；
（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，此时钡沉淀率达到最大，需要氨水量较小；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）₃沉淀，此时PH=2，c（H⁺）=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，则溶液中c（Fe³⁺）浓度依据溶度积计算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，计算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol•L^-1，不产生Fe（OH）₃沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜2.6×10^-3mol•L^-1，
故答案为：1.7-1.8；2.6×10^-3mol•L^-1；
（5）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，或重复利用的物质可以循环利用，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 本题考查了物质的分离提纯实验操作，涉及流程分析判断、物质性质和实验设计的方法应用、Ksp的应用，题目难度中等，注意把握题干信息的分析和应用，掌握基础是关键．