Question

工業(yè)上設(shè)計(jì)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(jī)萃取劑）：
R₂（SO₄）_n （水層）+2nHA（有機(jī)層）?2RA_n（有機(jī)層）+nH₂SO₄ （水層）
②中萃取時(shí)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(shí)，取樣進(jìn)行試驗(yàn)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(shí)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(shí)不產(chǎn)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(zhì)有

 

和

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,鹽類水解的應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅；
（2）②中萃取時(shí)必須加入適量堿，會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行；③中反萃取時(shí)加入的X試劑是抑制平衡正向進(jìn)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(shí)鋇沉淀率達(dá)到最大，需要氨水量較小；依據(jù)沉淀溶度積計(jì)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；

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(yīng)，二氧化硅不與酸反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅，
故答案為：SiO₂，過濾；
（2）②中萃取時(shí)必須加入適量堿，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機(jī)層）?RA_n（有機(jī)層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行；③中反萃取時(shí)加入的X試劑是抑制平衡正向進(jìn)行，可以加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，
故答案為：加入堿中和產(chǎn)生的酸，平衡右移提高了釩的萃取率；硫酸；
（3）氨水與VO₃^-反應(yīng)的離子方程式為：NH₃?H₂O+VO₃^-═NH₄VO₃↓+OH^-，故答案為：NH₃?H₂O+VO₃^-═NH₄VO₃↓+OH^-；
（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1.7-1.8，此時(shí)鋇沉淀率達(dá)到最大，需要氨水量較��；若釩沉淀率為93.1%時(shí)不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，此時(shí)PH=2，c（H⁺）=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據(jù)溶度積計(jì)算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計(jì)算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol?L^-1，不產(chǎn)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(zhì)參加反應(yīng)，反應(yīng)過程中又生成的物質(zhì)，或重復(fù)利用的物質(zhì)可以循環(huán)利用，流程中有機(jī)萃取劑、氨氣可以循環(huán)利用，故答案為：有機(jī)萃取劑；氨氣．

點(diǎn)評：本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．