Question

從廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）中回收XO₅的一種生產(chǎn)工藝流程 示意如圖所示：

回答下列問題：
（1）①中濾渣的主要成分是

 

．
（2）②、③中的變化過程可簡化為（下式中Rⁿ⁺表示VO²⁺或Fe³⁺，HA表示有機萃取 劑的主要成分）：
Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層）
②中萃取時必須加入適量堿，其原因是

 

．③中反萃取時加入的X試劑是

 

．
（3）完成④中反應(yīng)的離子方程式：

 

ClO

- 3

+

 

VO²⁺+

 

H⁺=

 

VO³⁺+

 

Cl^-+

 

 

（4）25℃時，取樣進行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關(guān)系如表

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
鋇沉淀率/%	88	92	93	95	95	95	93	90	87

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

 

；若釩沉淀率為90%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]=4.0×10^-38）
（5）在整個工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是水、

 

和

 

．
（6）寫出廢液Y中除H⁺之外的兩種陽離子

 

．

Answer 1

分析：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不與酸反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅；
（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中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；
（3）依據(jù)氧化還原反應(yīng)元素化合價變化和電子守恒原子守恒分析配平得到離子方程式；
（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1.6，此時鋇沉淀率達到最大，需要調(diào)節(jié)的pH較小；依據(jù)沉淀溶度積計算分析；
（5）分析流程圖，物質(zhì)參加反應(yīng)，反應(yīng)過程中又生成可以循環(huán)利用；
（6）依據(jù)流程反應(yīng)分析判斷，廢液Y中除H⁺之外的陽離子為Fe³⁺、VO²⁺、NH₄⁺、K⁺．

解答：解：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反應(yīng)，二氧化硅不與酸反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅，
故答案為：SiO₂；
（2）②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+nH⁺（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應(yīng)促進平衡正向進行；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：加入堿中和產(chǎn)生的酸，平衡右移提高了釩的萃取率；硫酸；
（3）依據(jù)氧化還原反應(yīng)元素化合價變化和電子守恒原子守恒分析配平，ClO₃^-中氯元素化合價從+5價變化為-1價，得到電子6，VO²⁺變化為VO³⁺、元素化合價從+4價變化為+5價失電子1，依據(jù)電子守恒、原子守恒配平得到離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：1；6；6；6；1；3；H₂O；
（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1.6，此時鋇沉淀率達到最大，需要調(diào)節(jié)的PH較小；若釩沉淀率為90%時不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，此時PH=2，氫離子濃度=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據(jù)溶度積計算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-88，計算得到c（Fe³⁺）=4.0×10^-2mol/L，不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜4.0×10^-2mol/L，
故答案為：1.6；4.0×10^-2mol/L；
（5）分析流程圖，物質(zhì)參加反應(yīng)，反應(yīng)過程中又生成的物質(zhì)，或重復(fù)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；氨氣；
（6）依據(jù)流程反應(yīng)分析，加入的試劑在反應(yīng)過程中生成的離子為，除H⁺之外的陽離子為Fe³⁺、VO₂²⁺、NH₄⁺、K⁺，故答案為：Fe³⁺、VO₂²⁺、NH₄⁺、K⁺．

點評：本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗設(shè)計的方法應(yīng)用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．