Question

（15分）工业上设计将VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂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          （写化学式），操作I的名称        。
（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                                                     。
③中X试剂为                            。
（3）④的离子方程式为                                      。
（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             ；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)₃沉淀，则溶液中c(Fe³⁺)<           。〖已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)₃]=2.6×10^-39〗
（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有              和                      。

Answer 1

（1）SiO₂，过滤；（2）加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率，H₂SO₄
（3）6VO²⁺+ClO₃^-+9H₂O=6VO₃^-+Cl^-+18H⁺；（4）1.7～1.8 ,26×10^-3mol/L；
（5）氨气（或氨水），有机萃取剂

试题分析：（1）在K₂SO₄、SiO₂、VOSO₄中只有SiO₂不能在水中溶解，因此步骤①所得废渣的成分是SiO₂。将难溶性固体与溶液分离的操作是过滤。因此操作I的名称为过滤。（2）②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和前边反应产生的硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率，③中X试剂为H₂SO₄。（3）在含有VO²⁺、SO₄^2-的水在加入氧化剂KClO₃可以把+4价的VO²⁺氧化为+5价的VO₃^-。因此根据电荷守恒及电子守恒，结合质量守恒定律，可知该步骤的离子方程式为6VO²⁺+ClO₃^-+9H₂O =6VO₃ ^-+Cl^-+ 18H⁺；（4）根据25℃时，钒沉淀率和溶液pH之间关系表格数据可知zai pH为1.7、1.8时钒沉淀率最高。因此调节溶液的最佳pH为1.7～1.8，若钒沉淀率为93.1%，则pH="2.0," c(H+)=10^-2mol/L, c(OH-)=10^-12,此时不产生Fe(OH)₃沉淀，根据Ksp[Fe(OH)₃]=2.6×10^-39，则溶液中c(Fe³⁺)< Fe(OH)₃÷c³(OH-) =2.6×10^-39 ÷(10^-12)³=2.6×10^-3mol/L。（5）根据流程示意图可知：该工艺流程中，可以循环利用的物质有氨气（或氨水）和有机萃取剂。