Question

【題目】工業(yè)上設(shè)計將VOSO4中的K2SO4、SiO2雜質(zhì)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(xué)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）2RAn（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(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

結(jié)合上表，在實際生產(chǎn)中，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為__________；

若釩沉淀率為93．1%時不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，則溶液中c(Fe3+)<_____________。

(已知：25℃時，Ksp[Fe(OH)3]=2．6×10-39)

（5）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有______________和_______。

Answer 1

【答案】SiO2 過濾 加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率［或類似表述，如提高RAn（有機層）的濃度、百分含量等］ H2SO4 NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－ 1.7～1.8（或1.7、1.8其中一個） 2.6×10-3mol·L-1 氨氣（或氨水） 有機萃取劑

【解析】

將VOSO4中的K2SO4、SiO2雜質(zhì)除去并回收得到V2O5的流程，水溶過濾得到含VO2+、SO42-、K+的溶液，加入有機萃取劑分液得到含VO2+的有機層，再經(jīng)過反萃取得到水層，加入KClO3氧化VO2+為VO3-，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH形成NH4VO3沉淀，灼燒得到V2O5，以此分析解答；

（1）含有K2SO4、SiO2雜質(zhì)VOSO4水溶后，二氧化硅不溶于水，過濾得到濾渣為二氧化硅；

（2）③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；

（3）依據(jù)氨水與VO3-反應(yīng)配平得到離子方程式；

（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)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(jù)沉淀溶度積計算分析；

（5）分析流程圖，物質(zhì)參加反應(yīng)，反應(yīng)過程中又生成可以循環(huán)利用.

（1）對比操作I前后的物質(zhì)，可以判斷VOSO4、K2SO4是易溶易電離的鹽，而二氧化硅是難溶于水的酸性氧化物，因此濾渣的主要成分是SiO2；操作I的目的是從混合物中分離濾渣和溶液，說明I是過濾；

（2）加入堿，堿能中和硫酸，減小硫酸濃度，使R2(SO4)n(水層)+ 2nHA(有機層)2RAn(有機層)+ nH2SO4 (水層)的平衡向正反應(yīng)方向移動，提高釩的萃取率［或類似表述，如提高RAn（有機層）的濃度、百分含量、充分溶解等］；加入X試劑的目的是得到有機萃取劑HA，因此需要使R2(SO4)n(水層)+ 2nHA(有機層)2RAn(有機層)+ nH2SO4 (水層)的平衡向逆反應(yīng)方向移動，且不能引入新的雜質(zhì)，因此X為硫酸；

（3）加入氨水提高溶液的pH至1.7～1.8之間時，首先氨水與酸中和生成銨根離子，接著銨根離子與釩酸根離子結(jié)合生成釩酸銨沉淀，即NH3·H2O+H+ = NH4++H2O，NH4++VO3－ =NH4VO3↓或NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－或NH3·H2O+VO3－+H+ =NH4VO3↓+ H2O；

（4）讀表，pH至1.7～1.8之間時，釩沉淀率最高，達到98.8%；根據(jù)釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系，若釩沉淀率為93.1%，則溶液pH=2.0，則c(H+)=10-2mol/L，由于常溫下水的離子積為1.0×10-14，c(OH－)==10-12mol/L，若不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，則Qc<Ksp，則c(Fe3+)c3(OH－)< 2.6×10－39，則c(Fe3+)< 2.6×10－3mol/L；

（5）圖中萃取步驟消耗有機萃取劑，反萃取步驟生成有機萃取劑，因此有機萃取劑HA可以循環(huán)利用；圖中調(diào)pH需要消耗氨水，焙燒時生成氨氣，為了防止污染環(huán)境，氨氣回收變?yōu)榘彼�，因此氨氣或氨水可以循環(huán)利用。