Question

工業(yè)上設計將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表示有機萃取劑）：
R₂(SO₄)_n (水層)+ 2nHA（有機層）2RA_n（有機層） + nH₂SO₄  (水層) 
②中萃取時必須加入適量堿，其原因是                                                     。
③中X試劑為                            。
（3）⑤的離子方程式為                                      。
（4）25℃時，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)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%時不產(chǎn)生Fe(OH)₃沉淀，則溶液中c(Fe³⁺)<           。〖已知：25℃時，K_sp[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

（16分）
（1）SiO₂（寫名稱0分）（2分）；過濾（2分）
（2）加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率［或類似表述，如提高RA_n（有機層）的濃度、百分含量、充分溶解等］（2分）；H₂SO₄（2分）（寫稀硫酸、濃硫酸也給分）
（3）NH₃·H₂O+VO₃^－ =NH₄VO₃↓+OH^－或NH₃·H₂O+VO₃^－+H⁺ =NH₄VO₃↓+ H₂O或分2步：NH₃·H₂O+H⁺ = NH₄⁺+H₂O，NH₄⁺+VO₃^－ =NH₄VO₃↓（2分）（不寫↓扣1分）
（4）1.7～1.8（或1.7、1.8其中一個）（2分），2.6×10^－3mol·L^－1（2分）（數(shù)值1分、單位1分）
（5）氨氣（或氨水或NH₃或NH₃·H₂O）（1分）；有機萃取劑（HA或有機溶劑或萃取后的有機層也給分）（1分）（2空之間無順序要求）

解析試題分析：（1）對比操作I前后的物質(zhì)，可以判斷VOSO₄、K₂SO₄是易溶易電離的鹽，而二氧化硅是難溶于水的酸性氧化物，因此濾渣的主要成分是SiO₂；操作I的目的是從混合物中分離濾渣和溶液，說明I是過濾；（2）加入堿，堿能中和硫酸，減小硫酸濃度，使R₂(SO₄)_n (水層)+ 2nHA(有機層)2RA_n(有機層)+ nH₂SO₄ (水層)的平衡向正反應方向移動，提高釩的萃取率［或類似表述，如提高RA_n（有機層）的濃度、百分含量、充分溶解等］；加入X試劑的目的是得到有機萃取劑HA，因此需要使R₂(SO₄)_n (水層)+ 2nHA(有機層)2RA_n(有機層)+ nH₂SO₄ (水層)的平衡向逆反應方向移動，且不能引入新的雜質(zhì)，因此X為硫酸；（3）加入氨水提高溶液的pH至1.7～1.8之間時，首先氨水與酸中和生成銨根離子，接著銨根離子與釩酸根離子結(jié)合生成釩酸銨沉淀，即NH₃·H₂O+H⁺ = NH₄⁺+H₂O，NH₄⁺+VO₃^－ =NH₄VO₃↓或NH₃·H₂O+VO₃^－ =NH₄VO₃↓+OH^－或NH₃·H₂O+VO₃^－+H⁺ =NH₄VO₃↓+ H₂O；（4）讀表，pH至1.7～1.8之間時，釩沉淀率最高，達到98.8%；根據(jù)釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系，若釩沉淀率為93.1%，則溶液pH=2.0，則c(H⁺)=10^—2mol/L，由于常溫下水的離子積為1.0×10^—14，c(OH^－)=K_w/ c(H⁺)=10^—12mol/L，若不產(chǎn)生Fe(OH)₃沉淀，則Q_c<K_sp，則c(Fe³⁺)?c³ (OH^－)< 2.6×10^－39，則c(Fe³⁺)< 2.6×10^－3mol/L；（5）圖中萃取步驟消耗有機萃取劑，反萃取步驟生成有機萃取劑，因此有機萃取劑HA可以循環(huán)利用；圖中調(diào)pH需要消耗氨水，焙燒時生成氨氣，為了防止污染環(huán)境，氨氣回收變?yōu)榘彼�，因此氨氣或氨水可以循環(huán)利用。
考點：考查物質(zhì)制備化學工藝流程，涉及濾渣成分推斷、混合物分離提純方法、根據(jù)平衡移動原理解釋加堿或加酸的原因、關(guān)鍵步驟的離子方程式、生成沉淀控制溶液pH的范圍、溶度積的有關(guān)計算、循環(huán)利用的物質(zhì)推斷等。