Question

【題目】“鋼是虎，釩是翼，鋼含釩猶如虎添翼”，金屬釩被譽為“合金的維生素”。從廢釩(主要成分為V2O5、Fe2O3、SiO2等)中回收V2O5的一種工藝流程如下圖所示:

已知:步驟②、③中的變化過程可簡化為:Rn+(水層)+nHA(有機(jī)層)RAn(有機(jī)層)+nH+(水層)(式中Rn+表示VO2+或Fe3+，HA表示有機(jī)萃取劑)。

回答下列問題:

（1）步驟①酸浸過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。

（2）萃取時應(yīng)加入適量堿的作用是___________________。

（3）步驟④中反應(yīng)的離子方程式為___________________。

（4）步驟⑤25°C時，取樣進(jìn)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

通過表中數(shù)據(jù)分析，在實際生產(chǎn)中，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH范圍為______；

若加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH=2，釩沉淀率達(dá)到93%且不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，則此時溶液中c(Fe3+)<_____mol/L(按25℃計算，25℃時Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39)。

（5）V2O5是兩性氧化物，在強(qiáng)酸性溶液中以VO2+形式存在，VO2+具有強(qiáng)氧化性，能將I-氧化為I2，本身被還原為VO+，則V2O5與氫碘酸反應(yīng)的離子方程式為_________________。

（6）為提高釩的回收率，步驟②和③需多次進(jìn)行，假設(shè)酸浸所得“強(qiáng)酸性浸出液”中c(VO2+)=amol/L，步驟②和③每進(jìn)行一次，VO2+萃取率為80%，4次操作后，“強(qiáng)酸性浸出液中”c(VO2+)=_______mol/L(萃取率=)

Answer 1

【答案】 V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O 加入堿中和產(chǎn)生的酸，使平衡向RAn移動，提高釩的萃取率 ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+ 1.7~1.8 2.6×l0-3 V2O5+6H++4I-=2VO++2I2+3H2O 1.6a×l0-3

【解析】廢釩(主要成分為V2O5、Fe2O3、SiO2等)加入硫酸和亞硫酸鉀酸浸后過濾得到強(qiáng)酸性浸出液含VO2+、Fe3+、K+，加入有機(jī)萃取劑萃取分液得到有機(jī)層和水層，在有機(jī)層中加入硫酸Rn+(水層)+nHA(有機(jī)層)RAn(有機(jī)層)+nH+(水層)，平衡逆向進(jìn)行，反萃取得到酸性溶液含VO2+、Fe3+、SO42-，加入氯酸鉀氧化VO2+生成VO2+，得到溶液中含VO2+、Cl-、Fe3+、SO42-，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH=2，釩沉淀率達(dá)到93%且不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，沉釩得到NH4VO3，焙燒得到產(chǎn)品V2O5。

(1)步驟①酸浸過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)是V2O5在酸性溶液中氧化亞硫酸鉀生成硫酸鉀，五氧化二釩被還原為VOSO4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O，故答案為：V2O5+K2SO3+2H2SO4=K2SO4+2VOSO4+2H2O；

(2)萃取時應(yīng)加入適量堿的作用是中和產(chǎn)生的酸，使平衡向生成RAn的方向移動，提高釩的萃取率，故答案為：加入堿中和產(chǎn)生的酸，使平衡向生成RAn移動，提高釩的萃取率；

(3)步驟④中反應(yīng)是氯酸鉀氧化VO2+離子生成VO2+，反應(yīng)的離子方程式為：ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+，故答案為：ClO3-+6VO2++3H2O=6VO2++Cl-+6H+；

(4)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，pH在1.7~1.8之間時，釩沉淀率最高，步驟⑤加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH=2，c(H+)=10-2mol/L，c(OH-)==10-12mol/L，釩沉淀率達(dá)到93%且不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，25℃時Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=2.6×10-39，c(Fe3+)==2.6×l0-3 ，故答案為：1.7~1.8；2.6×l0-3；

(5)VO2+具有強(qiáng)氧化性，能將I-氧化為I2，本身被還原為VO+，則V2O5與氫碘酸反應(yīng)的離子方程式為：V2O5+6H++4I-=2VO++2I2+3H2O，故答案為：V2O5+6H++4I-=2VO++2I2+3H2O；

(6)強(qiáng)酸性浸出液中c(VO2+)=amol/L，步驟②和③每進(jìn)行一次，VO2+萃取率為80%，4次操作后“強(qiáng)酸性浸出液中”c(VO2+)依據(jù)萃取率80%，剩余溶液中20%，四次萃取中萃取的量= ×100%，計算得到剩余溶液中c(VO2+)=a×20%×20%×20%×20%=1.6a×l0-3，故答案為：1.6a×l0-3。