Question

普通鋼中加入少量的釩（V））能極大地改善鋼的彈性和強度，使鋼材既耐高溫又抗奇寒，因此它有“合金維生素“之稱．'T業(yè)上回收廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中釩的主要流程如下：

回答下列問題：
（1）濾渣l的主要成分是

 

．
（2）步驟②中發(fā)生反應的離子方程式為

 

（3）步驟③的變化過程可簡化為（HA表示有機萃取劑）
VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機層）?VOA₂（有機層）+H₂SO₄（水層），則步驟④中可選擇硫酸作萃取劑的原因是

 

．萃取和反萃取在實驗室 里用到的玻璃儀器有

 

和

 

．
（4）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)除了氨氣以外，還有

 

．
（5）調(diào)節(jié)溶液pH，可將（VO₂）SO₄轉變成NH₄VO₃沉淀；25℃時，當PH 為1.7～1.8 時，釩沉淀率為98.8%；假設其它各步反應都完全進行，已知KC1O₃ 的還原產(chǎn)物是KCl，若每消耗1moi KC1O₃，理論上可回收金屬釩

 

g（計算結果保留一位小數(shù)）

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：廢釩催化劑的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂，廢釩粉碎水浸后，V₂O₅和SiO₂難溶于水，經(jīng)過濾成為濾渣1，濾液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，濾渣1加硫酸、亞硫酸鈉是將釩廢催化劑中V₂O₅轉變成可溶于水的VOSO₄，發(fā)生了氧化還原反應，反應為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，過濾后得到濾液，主要成分是VOSO₄，第一次過濾，濾液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，兩者合并，加入有機萃取劑，通過萃取，把剩余余酸和有機層分開，通過反萃取，把萃取劑和離子分開，加入氧化劑KClO₃把VO²⁺氧化成VO³⁺，調(diào)節(jié)pH加入氨水，得到含釩的沉淀，灼燒得到V₂O₅和氨氣，有機萃取劑和氨氣再循環(huán)利用．
（1）據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水；
（2）步驟②中發(fā)生氧化還原反應，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；
（3）反萃取時加入的硫酸試劑是抑制平衡正向進行；根據(jù)萃取和反萃取操作用到的儀器分析解答；
（4）分析流程圖，物質(zhì)參加反應，反應過程中又生成可以循環(huán)利用；
（5）根據(jù)氯、釩元素的化合價的變化，利用氧化還原反應配平得方程式，ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，根據(jù)方程式計算；

解答： 解：廢釩催化劑的主要成分是V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂，廢釩粉碎水浸后，V₂O₅和SiO₂難溶于水，經(jīng)過濾成為濾渣1，濾液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，濾渣1加硫酸、亞硫酸鈉是將釩廢催化劑中V₂O₅轉變成可溶于水的VOSO₄，發(fā)生了氧化還原反應，反應為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，過濾后得到濾液，主要成分是VOSO₄，第一次過濾，濾液中主要含有VOSO₄、K₂SO₄，兩者合并，加入有機萃取劑，通過萃取，把剩余余酸和有機層分開，通過反萃取，把萃取劑和離子分開，加入氧化劑KClO₃把VO²⁺氧化成VO³⁺，調(diào)節(jié)pH加入氨水，得到含釩的沉淀，灼燒得到V₂O₅和氨氣，有機萃取劑和氨氣再循環(huán)利用．
（1）廢釩粉碎水浸后，V₂O₅和SiO₂難溶于水，經(jīng)過濾成為濾渣，
故答案為：V₂O₅、SiO₂；
（2）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，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒，離子反應方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）反萃取時分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機層）?VOA₂（有機層）+H₂SO₄（水層），加入硫酸抑制平衡正向進行，使VOSO₄進入水層；萃取和反萃取在實驗室里用到的玻璃儀器名稱叫分液漏斗、燒杯，
故答案為：加入硫酸使平衡向左移動，使VOSO₄進入水層；分液漏斗、燒杯；
（4）分析流程圖，物質(zhì)參加反應，反應過程中又生成的物質(zhì)，或重復利用的物質(zhì)可以循環(huán)利用，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；
（5）氯元素化合價從+5→-1，化合價降低6，釩化合價從+4→+5，化合價升高1，二者最小公倍數(shù)為6，把變價元素配平，初步配平為：ClO₃^-+6VO²⁺+H⁺→6VO³⁺+Cl^-+H₂O，根據(jù)氧原子守恒確定H₂O前系數(shù)為3，氫離子前系數(shù)為6，故配平后為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，消耗1molKClO₃時，生成6molVO²⁺，釩沉淀率為98.8%，根據(jù)原子守恒，m（V）=n（V）×M（V）×98.8%=6mol×51g/mol×98.8%≈302.3g，
故答案為：302.3；

點評：本題考查了工藝流程圖，題目中等難度．注意提取釩元素的流程分析和氧化還原反應的應用，注意從流程中得到解題信息，配平時根據(jù)化合價升降總數(shù)相等來配平是常用方法．