Question

【題目】五氧化二釩廣泛用于冶金、化工等行業(yè)，主要用于冶煉釩鐵、用作冶金添加劑，占五氧化二釩總消耗量的80%以上，其次是用作有機(jī)化工的催化劑。為了增加V2O5的利用率我們從廢釩催化劑(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等)中回收V2O5的一種生產(chǎn)工藝流程示意圖如下：

(1)①中廢渣的主要成分是__________________________；

①中V2O5發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________。

(2)②、③中的變化過程可簡化為(下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有機(jī)萃取劑的主要成分)：R2(SO4) (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________________________________________；

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行萃取操作使用的玻璃儀器為________________________________________。

(3)實(shí)驗(yàn)室用的原料中V2O5占6%(原料中的所有釩已換算成V2O5)。取100g該廢釩催化劑按工業(yè)生產(chǎn)的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)當(dāng)加入100ml0.1mol/L的KClO3溶液時(shí)，溶液中的釩恰好被完全處理，假設(shè)以后各步釩沒有損失，則該實(shí)驗(yàn)中釩的回收率是________________[M(V2O5)=182g/mol]

(4)25℃時(shí)取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關(guān)系如下表：

試判斷在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，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，則此時(shí)溶液中c(Fe2+)≤__________。已知：25℃時(shí)Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10－39

Answer 1

【答案】SiO2 V2O5+4H++SO32- = 2VO2++ SO42-+2H2O 加入堿，中和H2SO4，使平衡向正向移動(dòng) 分液漏斗、燒杯 91.0% 1.7 2.610-3 mol/L

【解析】

生產(chǎn)流程：廢釩催化劑（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V2O5和SiO2難溶于水。亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，過濾得到濾渣為二氧化硅，強(qiáng)酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42-，加入有機(jī)萃取劑萃取分液得到有機(jī)溶液中VO2+，再加入X試劑進(jìn)行反萃取分液，分離出有機(jī)層，得到水層是含VO2+、Fe3+、SO42-的酸性水溶液，分析平衡R2(SO4) (水層)+2nHA(有機(jī)層) 2RAn(有機(jī)層)+nH2SO4(水層)，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。具有氧化性的氯酸鉀，能將VO2+氧化為VO2+，加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙燒得到五氧化二釩，據(jù)此分析作答，

（1）SiO2難溶于水、難溶于酸；根據(jù)氧化還原規(guī)律、電荷守恒、電子守恒及原子守恒配平離子方程式；

（2）從加入能反應(yīng)的離子對(duì)平衡移動(dòng)的影響來分析；結(jié)合萃取操作步驟選取實(shí)驗(yàn)儀器；

（3）根據(jù)④⑤⑥操作步驟流程圖可知，氯酸鉀能將VO2+氧化為VO2+，再結(jié)合物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系式及題意來計(jì)算釩的回收率；

（4）從沉淀率和pH關(guān)系找出最佳沉淀率，釩沉淀率為93.1%時(shí)不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，此時(shí)溶液pH=2，計(jì)算氫氧根離子濃度，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中鐵離子的濃度。

（1）上述分析可知濾渣A為SiO2，從流程圖可以看出，在酸性條件下，V2O5轉(zhuǎn)化為VO2+，SO32-能被V2O5氧化生成SO42-，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律配平該離子反應(yīng)方程式為：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，

故答案為：SiO2；V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；

（2）反萃取時(shí)，分析平衡R2(SO4) (水層)+2nHA(有機(jī)層) 2RAn(有機(jī)層)+nH2SO4(水層)，為提高②中萃取百分率，則加入堿中和硫酸，可以使平衡正移，多次連續(xù)萃取。萃取分液操作時(shí)，用到的玻璃儀器有分液漏斗和燒杯；

故答案為：加入堿，中和H2SO4，使平衡向正向移動(dòng)；分液漏斗、燒杯；
（3）根據(jù)氧化還原規(guī)律可知，當(dāng)加入100ml 0.1mol/L的KClO2溶液時(shí)，溶液中的釩恰好被完全處理的離子方程式為：ClO3－＋6VO2＋＋3H2O＝6VO2＋＋6H＋＋Cl－，再結(jié)合V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，從而得出關(guān)系式： 3 V2O5～6VO2+～ClO3－，因n（ClO3－） = 0.1 mol/L0.1 L = 0.01 mol，所以n（V2O5）＝30.01 mol = 0.03 mol 因此該實(shí)驗(yàn)中釩的回收率是×100% ＝ 91.0 %，

故答案為：91.0 %；
（4）從沉淀率和pH關(guān)系找出最佳沉淀率。若釩沉淀率為93.1%時(shí)，不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，此時(shí)溶液pH=2，計(jì)算氫氧根離子濃度，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中鐵離子的濃度。

由表中數(shù)據(jù)可知，pH = 1.7時(shí)釩的沉淀率最大為98.8%，故加入氨水調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為為1.7。若釩沉淀率為93.1 %時(shí)不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，此時(shí)溶液pH=2，c(OH)=1012 mol/L，Ksp[Fe(OH)3] = 2.6×10－39 =c(Fe3+)c3(OH)，c(Fe3+) = =2.6×10 mol/L，

故答案為：1.7；2.6×103 mol/L。