Question

从废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）中回收XO₅的一种生产工艺流程 示意如图所示：

回答下列问题：
（1）①中滤渣的主要成分是

 

．
（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中Rⁿ⁺表示VO²⁺或Fe³⁺，HA表示有机萃取 剂的主要成分）：
Rⁿ⁺（水层）+nHA（有机层）?RA_n（有机层）+nH⁺（水层）
②中萃取时必须加入适量碱，其原因是

 

．③中反萃取时加入的X试剂是

 

．
（3）完成④中反应的离子方程式：

 

ClO

- 3

+

 

VO²⁺+

 

H⁺=

 

VO³⁺+

 

Cl^-+

 

 

（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
钡沉淀率/%	88	92	93	95	95	95	93	90	87

根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为

 

；若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）₃沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜

 

．（已知：25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）
（5）在整个工艺流程中，可以循环利用的物质是水、

 

和

 

．
（6）写出废液Y中除H⁺之外的两种阳离子

 

．

Answer 1

分析：（1）废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅；
（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）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平得到离子方程式；
（4）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.6，此时钡沉淀率达到最大，需要调节的pH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；
（6）依据流程反应分析判断，废液Y中除H⁺之外的阳离子为Fe³⁺、VO²⁺、NH₄⁺、K⁺．

解答：解：（1）废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反应，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅，
故答案为：SiO₂；
（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；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：加入碱中和产生的酸，平衡右移提高了钒的萃取率；硫酸；
（3）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平，ClO₃^-中氯元素化合价从+5价变化为-1价，得到电子6，VO²⁺变化为VO³⁺、元素化合价从+4价变化为+5价失电子1，依据电子守恒、原子守恒配平得到离子方程式为：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案为：1；6；6；6；1；3；H₂O；
（4）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.6，此时钡沉淀率达到最大，需要调节的PH较小；若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）₃沉淀，此时PH=2，氢离子浓度=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^-）=4.0×10^-88，计算得到c（Fe³⁺）=4.0×10^-2mol/L，不产生Fe（OH）₃沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜4.0×10^-2mol/L，
故答案为：1.6；4.0×10^-2mol/L；
（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；
（6）依据流程反应分析，加入的试剂在反应过程中生成的离子为，除H⁺之外的阳离子为Fe³⁺、VO₂²⁺、NH₄⁺、K⁺，故答案为：Fe³⁺、VO₂²⁺、NH₄⁺、K⁺．

点评：本题考查了流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等．