Question

18．從廢釩催化劑（主要成分為V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等）中回收V₂O₅的一種工藝流程示意圖如下，請回答下列問題：

（1）步驟①中廢渣的主要成分是SiO₂，③中X試劑為H₂SO₄．
（2）②、③的變化過程可簡化為R₂（SO₄）_n （水層）+2nHA（有機層）?2RA_n（有機層）+nH₂SO₄（水層）（R表示VO²⁺，HA表示有機萃取劑）．為提高②中萃取百分率，應(yīng)采取的措施是加入堿中和硫酸使平衡正移．
（3）請完成④中反應(yīng)的離子方程式：
ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺═6VO³⁺+1Cl^-+H₂O．
（4）25℃時，取樣進行試驗分析，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，在實際生產(chǎn)時⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH值為1.7～1.8．
（5）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有有機萃取劑、氨氣．

Answer 1

分析 廢釩催化劑經(jīng)過水浸、酸浸、加入亞硫酸鉀還原，該過程中二氧化硅不溶于水、不反應(yīng)，過濾分離，得到廢渣為二氧化硅，濾液中含有H⁺、VO²⁺、K⁺、SO₄^2-等，在濾液中加入有機萃取劑萃取濾液中VO²⁺，通過分液得到含有VO²⁺的有機層，加入試劑X進行反萃取，結(jié)合（2）中步驟②、③的變化為可逆過程，可知X為硫酸，加入硫酸分液得到有機層和水層，由加入氨水調(diào)節(jié)pH得到的沉淀，結(jié)合（3）中可知加入氧化劑KClO₃氧化VO²⁺為VO³⁺，結(jié)合（4）中得到釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系，可知pH應(yīng)調(diào)節(jié)在1.7～1.8，最后沉淀分解得到氨氣和V₂O₅，由工藝流程可知，氨氣與有機溶劑可以循環(huán)利用．
（1）釩催化劑經(jīng)過水浸、酸浸、加入亞硫酸鉀還原，該過程中二氧化硅不溶于水、不反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅；③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進平衡正向進行；
（3）KClO₃氧化VO²⁺為VO³⁺，ClO₃^-被還原為Cl^-，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平；
（4）根據(jù)釩沉淀率最高確定溶液pH；
（5）某一步驟中用到的物質(zhì)，再其它步驟可以生成，該物質(zhì)可以循環(huán)利用．

解答 解：廢釩催化劑經(jīng)過水浸、酸浸、加入亞硫酸鉀還原，該過程中二氧化硅不溶于水、不反應(yīng)，過濾分離，得到廢渣為二氧化硅，濾液中含有H⁺、VO²⁺、K⁺、SO₄^2-等，在濾液中加入有機萃取劑萃取濾液中VO²⁺，通過分液得到含有VO²⁺的有機層，加入試劑X進行反萃取，結(jié)合（2）中步驟②、③的變化為可逆過程，可知X為硫酸，加入硫酸分液得到有機層和水層，由加入氨水調(diào)節(jié)pH得到的沉淀，結(jié)合（3）中可知加入氧化劑KClO₃氧化VO²⁺為VO³⁺，結(jié)合（4）中得到釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系，可知pH應(yīng)調(diào)節(jié)在1.7～1.8，最后沉淀分解得到氨氣和V₂O₅，由工藝流程可知，氨氣與有機溶劑可以循環(huán)利用．
（1）釩催化劑經(jīng)過水浸、酸浸、加入亞硫酸鉀還原，該過程中二氧化硅不溶于水、不反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅；
③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行，可以加入硫酸抑制平衡正向進行，
故答案為：SiO₂；H₂SO₄；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進平衡正向進行，提高了釩的萃取率，故答案為：加入堿中和硫酸使平衡正移；
（3）KClO₃氧化VO²⁺為VO³⁺，ClO₃^-被還原為Cl^-，配平后離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，故答案為：6；6；6；1；3H₂O；
（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，此時釩沉淀率達到最大，故答案為：1.7～1.8；
（5）由工業(yè)流程圖可知，流程中有機萃取劑、氨氣可以循環(huán)利用，故答案為：有機萃取劑、氨氣．

點評 本題考查實驗制備方案，關(guān)鍵是理解化學(xué)工藝流程，注意根據(jù)流程圖結(jié)合題目問題分析，是對學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．