Question

【题目】工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下：

请回答下列问题：

（1）步骤①所得废渣的成分是____________写化学式），操作I的名称______。

（2）步骤②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂）：

R2(SO4)n(水层)+ 2nHA（有机层）2RAn（有机层） + nH2SO4 (水层)

②中萃取时必须加入适量碱，其原因是____________________________。

③中X试剂为___________________。

（3）⑤的离子方程式为________________________。

（4）25℃时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：

pH	1．3	1．4	1．5	1．6	1．7	1．8	1．9	2．0	2．1
钒沉淀率%	88．1	94．8	96．5	98．0	98．8	98．8	96．4	93．1	89．3

结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为__________；

若钒沉淀率为93．1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)<_____________。

(已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)3]=2．6×10-39)

（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有______________和_______。

Answer 1

【答案】SiO2 过滤 加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率［或类似表述，如提高RAn（有机层）的浓度、百分含量等］ H2SO4 NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－ 1.7～1.8（或1.7、1.8其中一个） 2.6×10-3mol·L-1 氨气（或氨水） 有机萃取剂

【解析】

将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程，水溶过滤得到含VO2+、SO42-、K+的溶液，加入有机萃取剂分液得到含VO2+的有机层，再经过反萃取得到水层，加入KClO3氧化VO2+为VO3-，加入氨水调节溶液PH形成NH4VO3沉淀，灼烧得到V2O5，以此分析解答；

（1）含有K2SO4、SiO2杂质VOSO4水溶后，二氧化硅不溶于水，过滤得到滤渣为二氧化硅；

（2）③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行；

（3）依据氨水与VO3-反应配平得到离子方程式；

（4）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.8，此时钡沉淀率达到最大，需要氨水量较小；依据沉淀溶度积计算分析；

（5）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.

（1）对比操作I前后的物质，可以判断VOSO4、K2SO4是易溶易电离的盐，而二氧化硅是难溶于水的酸性氧化物，因此滤渣的主要成分是SiO2；操作I的目的是从混合物中分离滤渣和溶液，说明I是过滤；

（2）加入碱，碱能中和硫酸，减小硫酸浓度，使R2(SO4)n(水层)+ 2nHA(有机层)2RAn(有机层)+ nH2SO4 (水层)的平衡向正反应方向移动，提高钒的萃取率［或类似表述，如提高RAn（有机层）的浓度、百分含量、充分溶解等］；加入X试剂的目的是得到有机萃取剂HA，因此需要使R2(SO4)n(水层)+ 2nHA(有机层)2RAn(有机层)+ nH2SO4 (水层)的平衡向逆反应方向移动，且不能引入新的杂质，因此X为硫酸；

（3）加入氨水提高溶液的pH至1.7～1.8之间时，首先氨水与酸中和生成铵根离子，接着铵根离子与钒酸根离子结合生成钒酸铵沉淀，即NH3·H2O+H+ = NH4++H2O，NH4++VO3－ =NH4VO3↓或NH3·H2O+VO3－ =NH4VO3↓+OH－或NH3·H2O+VO3－+H+ =NH4VO3↓+ H2O；

（4）读表，pH至1.7～1.8之间时，钒沉淀率最高，达到98.8%；根据钒沉淀率和溶液pH之间关系，若钒沉淀率为93.1%，则溶液pH=2.0，则c(H+)=10-2mol/L，由于常温下水的离子积为1.0×10-14，c(OH－)==10-12mol/L，若不产生Fe(OH)3沉淀，则Qc<Ksp，则c(Fe3+)c3(OH－)< 2.6×10－39，则c(Fe3+)< 2.6×10－3mol/L；

（5）图中萃取步骤消耗有机萃取剂，反萃取步骤生成有机萃取剂，因此有机萃取剂HA可以循环利用；图中调pH需要消耗氨水，焙烧时生成氨气，为了防止污染环境，氨气回收变为氨水，因此氨气或氨水可以循环利用。