工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下:
请回答下列问题:
(1)步骤①所得废渣的成分是 (写化学式),操作I的名称 。
(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂):
R2(SO4)n (水层)+ 2nHA(有机层)2RAn(有机层) + nH2SO4 (水层)
②中萃取时必须加入适量碱,其原因是 。
③中X试剂为 。
(3)⑤的离子方程式为 。
(4)25℃时,取样进行试验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表:
pH | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 2.0 | 2.1 |
钒沉淀率% | 88.1 | 94.8 | 96.5 | 98.0 | 98.8 | 98.8 | 96.4 | 93.1 | 89.3 |
上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为 ;
若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)< 。
(已知:25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39)
(5)该工艺流程中,可以循环利用的物质有 和 。
(1)SiO2;过滤
(2)加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动,提高钒的萃取率[或类似表述,如提高RAn(有机层)的浓度、百分含量等];H2SO4
(3)NH3·H2O+VO3- =NH4VO3↓+OH-
(4)1.7~1.8(或1.7、1.8其中一个),2.6×10-3mol·L-1
(5)氨气(或氨水);有机萃取剂
题目分析:(1)在上述处理过程中只有SiO2不能溶解与水中,所以步骤①过滤所得废渣的成分是SiO2。(2)②中萃取时必须加入适量碱,其原因是加入碱可以与上述平衡中的生成物硫酸反应反应,减少生成物的浓度,化学平衡正向移动,这样就可以提高钒的萃取率,根据框图的物质转化关系可知在③中X试剂应该为H2SO4。⑶在步骤④中KClO3把VO2+氧化为VO3-,在步骤⑤中加入氨水调节溶液的PH,这时转化为难溶的NH4VO3沉淀。该反应的离子方程式为NH3·H2O+VO3- =NH4VO3↓+OH-。(4)在实际生产中,结合表中给定的数据可知:在⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为1.7——1.8. 若钒沉淀率为93.1%,则溶液的pH为2.0,c(H+)= 10-2mol/L,c(OH-)=Kw÷c(H+)=10-14÷10-2=10-12mol/L. 此时不产生Fe(OH)3沉淀,则c(Fe3+)·c(OH-)3< 2.6 ×10-39. c(Fe3+) <2.6×10-39÷c(OH-)3=2.6×10-39÷(10-12)3=2.6×10-3mol/L. ⑸ 由流程图示可以看出:在该工艺流程中,可以循环利用的物质有氨气(或氨水)和有机萃取剂。