Question

（15分）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）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）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

（1）SiO₂，過濾；（2）加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率，H₂SO₄
（3）6VO²⁺+ClO₃^-+9H₂O=6VO₃^-+Cl^-+18H⁺；（4）1.7～1.8 ,26×10^-3mol/L；
（5）氨氣（或氨水），有機萃取劑

試題分析：（1）在K₂SO₄、SiO₂、VOSO₄中只有SiO₂不能在水中溶解，因此步驟①所得廢渣的成分是SiO₂。將難溶性固體與溶液分離的操作是過濾。因此操作I的名稱為過濾。（2）②中萃取時必須加入適量堿，其原因是加入堿中和前邊反應產生的硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率，③中X試劑為H₂SO₄。（3）在含有VO²⁺、SO₄^2-的水在加入氧化劑KClO₃可以把+4價的VO²⁺氧化為+5價的VO₃^-。因此根據電荷守恒及電子守恒，結合質量守恒定律，可知該步驟的離子方程式為6VO²⁺+ClO₃^-+9H₂O =6VO₃ ^-+Cl^-+ 18H⁺；（4）根據25℃時，釩沉淀率和溶液pH之間關系表格數據可知zai pH為1.7、1.8時釩沉淀率最高。因此調節溶液的最佳pH為1.7～1.8，若釩沉淀率為93.1%，則pH="2.0," c(H+)=10^-2mol/L, c(OH-)=10^-12,此時不產生Fe(OH)₃沉淀，根據Ksp[Fe(OH)₃]=2.6×10^-39，則溶液中c(Fe³⁺)< Fe(OH)₃÷c³(OH-) =2.6×10^-39 ÷(10^-12)³=2.6×10^-3mol/L。（5）根據流程示意圖可知：該工藝流程中，可以循環利用的物質有氨氣（或氨水）和有機萃取劑。