Question

工業(yè)上設計將VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂雜質除去并回收得到V₂O₅的流程如下：

請回答下列問題：
（1）步驟①所得廢渣的成分是

 

（寫化學式），操作I的名稱

 

．
（2）步驟②、③的變化過程可簡化為（下式R表示VO²⁺，HA表示有機萃取劑）：
R₂（SO₄）_n （水層）+2nHA（有機層）?2RA_n（有機層）+nH₂SO₄ （水層）
②中萃取時必須加入適量堿，其原因是

 

．
③中X試劑為

 

．
（3）⑤的離子方程式為

 

．
（4）25℃時，取樣進行試驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關系如下表：

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

結合上表，在實際生產中，⑤中加入氨水，調節(jié)溶液的最佳pH為

 

；若釩沉淀率為93.1%時不產生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜

 

．
（5）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質有

 

和

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,鹽類水解的應用

專題：實驗設計題,鹽類的水解專題

分析：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；
（3）依據氨水與VO₃^-反應配平得到離子方程式；
（4）根據表中數據判斷，⑤中加入氨水，調節(jié)溶液pH最佳值為1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較��；依據沉淀溶度積計算分析；
（5）分析流程圖，物質參加反應，反應過程中又生成可以循環(huán)利用；

解答： 解：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反應，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅，
故答案為：SiO₂，過濾；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行，可以加入硫酸抑制平衡正向進行，
故答案為：加入堿中和產生的酸，平衡右移提高了釩的萃取率；硫酸；
（3）氨水與VO₃^-反應的離子方程式為：NH₃?H₂O+VO₃^-═NH₄VO₃↓+OH^-，故答案為：NH₃?H₂O+VO₃^-═NH₄VO₃↓+OH^-；
（4）根據表中數據判斷，⑤中加入氨水，調節(jié)溶液pH最佳值為1.7-1.8，此時鋇沉淀率達到最大，需要氨水量較�。蝗翕C沉淀率為93.1%時不產生Fe（OH）₃沉淀，此時PH=2，c（H⁺）=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據溶度積計算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol?L^-1，不產生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜2.6×10^-3mol?L^-1，
故答案為：1.7-1.8；2.6×10^-3；
（5）分析流程圖，物質參加反應，反應過程中又生成的物質，或重復利用的物質可以循環(huán)利用，流程中有機萃取劑、氨氣可以循環(huán)利用，故答案為：有機萃取劑；氨氣．

點評：本題考查了流程分析判斷，物質性質和實驗設計的方法應用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．