Question

钒有金属“维生素”之称，研究发现钒的某些化合物对治疗糖尿病有很好的疗效．工业上设计将VOSO₄中的K₂SO₄、SiO₂、CuO杂质除去并回收得到V₂O₅的流程如下：

请回答下列问题：
（1）操作②的名称是

 

．
（2）步骤②、③的变化过程可表示为（HM为有机萃取剂）：VOSO₄ （水层）+2HM（有机层）?VOM₂（有机层）+H₂SO₄（水层）
步骤②必须加入适量碱，其原因是

 

．
步骤③中X试剂为

 

．
（3）步骤④的离子方程式为

 

（4）该工艺流程中，可以循环利用的物质有

 

和

 

．
（5）操作Ⅰ得到的废渣，用

 

溶解（填试剂），充分反应后，

 

（填写系列操作名称），称量得到m g氧化铜．
（6）将（5）得到m g氧化铜用氢气完全还原结果生成铜为n g，则氧化铜的质量分数是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：流程分析可知VOSO₄中含有K₂SO₄、SiO₂、CuO杂质，水溶过滤得到VO^2-、SO₄^2-、K⁺滤液，在滤液中加入有机萃取剂萃取VO^2-和混合溶液分离，加入硫酸分液得到有机层和水层，加入氧化剂KClO₃氧化VO^2-为VO^3-，加入氨水生成NH₄VO₃分解得到氨气和V₂O₅；
（1）操作②是利用有机萃取剂萃取VO^2-离子从混合物中分离出来；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行；
（3）步骤④加入KClO₃使VO²⁺氧化为VO₃^-，则本身被还原为Cl^-，配平得离子方程式；
（4）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成可以循环利用；
（5）根据氧化铜和二氧化硅的性质的不同和物质分离的方法判断；
（6）依据氢气还原氧化铜的反应定量关系，结合生成铜金属反应的氧化铜质量，计算得到氧化铜的质量分数．

解答： 解：（1）操作②是利用有机萃取剂萃取VO^2-离子从混合物中分离出来，实验操作是萃取；
故答案为：萃取；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡，Rⁿ⁺（水层）+nHA（有机层）?RA_n（有机层）+nH⁺（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行，可以加入硫酸抑制平衡正向进行，
故答案为：加入碱中和产生的酸，平衡右移提高了钒的萃取率；H₂SO₄；
（3）步骤④加入KClO₃使VO²⁺氧化为VO₃^-，则本身被还原为Cl^-，配平得离子方程式为ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺，
故答案为：ClO₃^-+6VO²⁺+9H₂O=Cl^-+6VO₃^-+18H⁺；
（4）分析流程图，物质参加反应，反应过程中又生成的物质，或重复利用的物质可以循环利用，流程中有机萃取剂、氨气可以循环利用；
故答案为：有机萃取剂；氨气；
（5）操作Ⅰ得到的废渣的成分是氧化铜和二氧化硅，氧化铜为碱性氧化物与碱不反应，二氧化硅是酸性氧化物溶于氢氧化钠溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量得到mg氧化铜，故答案为：氢氧化钠溶液；过滤、洗涤、干燥；
（6）得到m g氧化铜用氢气完全还原结果生成铜为n g，生成ng铜反应的氧化铜质量=

ng

64g/mol

×80g/mol=

5

4

ng；
氧化铜质量分数=

5 4 n

m

×100%=

125n

m

%；
故答案为：

125n

m

%．

点评：本题考查了流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等