Question

【題目】【化學–選修2：化學與技術】工業上設計將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）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）④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+)＜ 。

（已知：25℃時，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39）

（5）該工藝流程中，可以循環利用的物質有 和 。

Answer 1

【答案】（1）SiO2（1分） 過濾（2分） （2）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］（2分） H2SO4（2分）

（3）6VO2+＋ClO3－＋9H2O==6VO3－＋Cl－＋18H+（2分）

（4）1.7～1.8（或1.7、1.8其中一個）（2分），2.6×10－3mol·L－1（2分）

（5）氨氣（或氨水）（1分）；有機萃取劑（1分）

【解析】試題分析：（1）加入溶解后二氧化硅不溶于水，因此過濾得到濾渣的主要成分為二氧化硅；

（2）②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡R2(SO4)n(水層)＋2nHA（有機層）2RAn（有機層）＋nH2SO4 (水層)可知，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；

（3）④中是氧化劑氯酸鉀氧化VO2+，反應中氯元素化合價從＋5價降低到－1價，得到6個電子。V元素化合價＋4價升高到＋5價，失去1個電子，根據電子得失守恒和原子守恒可知反應的離子方程式為6VO2+＋ClO3－＋9H2O==6VO3－＋Cl－＋18H+；

（4）根據表中數據判斷，⑤中加入氨水，調節溶液pH最佳值為1.7～1.8，此時釩沉淀率達到最大，需要氨水量較小；若釩沉淀率為93.1%時不產生Fe（OH）3沉淀，此時pH=2，c（H+）=0.01mol/L，c（OH-）=10-12mol/L，則溶液中c（Fe3+）濃度依據溶度積計算，即Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.6×10-39，解得c（Fe3+）=2.6×10-3molL-1，不產生Fe（OH）3沉淀，則溶液中c（Fe3+）＜2.6×10-3molL-1；

（5）分析流程圖，物質參加反應，反應過程中又生成的物質，重復利用的物質可以循環利用，流程中有機萃取劑、氨氣可以循環利用。