Question

【題目】【化學(xué)–選修2：化學(xué)與技術(shù)】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(qǐng)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(jiǎn)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）2RAn（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）④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+)＜ 。

（已知：25℃時(shí)，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】（1）SiO2（1分） 過濾（2分） （2）加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動(dòng)，提高釩的萃取率［或類似表述，如提高RAn（有機(jī)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(gè)）（2分），2.6×10－3mol·L－1（2分）

（5）氨氣（或氨水）（1分）；有機(jī)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(shí)必須加入適量堿，分析平衡R2(SO4)n(水層)＋2nHA（有機(jī)層）2RAn（有機(jī)層）＋nH2SO4 (水層)可知，加入的堿會(huì)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；

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

（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)釩沉淀率達(dá)到最大，需要氨水量較小；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+）=0.01mol/L，c（OH-）=10-12mol/L，則溶液中c（Fe3+）濃度依據(jù)溶度積計(jì)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(chǎn)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(zhì)參加反應(yīng)，反應(yīng)過程中又生成的物質(zhì)，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。