Question

17．隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并被譽(yù)為“合金維生素”．工業(yè)上回收廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中釩的主要流程如圖1：

已知：V₂O₅和NH₄VO₃均為難溶物，VOSO₄和（VO₂）₂SO₄均為易溶物
回答下列問(wèn)題：
（1）步驟①前，粉碎的目的是增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率
（2）步驟②中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O
（3）步驟③的變化過(guò)程可簡(jiǎn)化為（HA表示有機(jī)萃取劑）：VOSO₄ （水層）+2HA（有機(jī)層）?VOA₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層）
步驟③的操作名稱(chēng)為萃取、分液
步驟④中可選擇硫酸作反萃取的原因是加入硫酸使平衡向左移動(dòng)，使VOSO₄進(jìn)入水層
（4）V₂O₅可用金屬（如Ca、Al）熱還原法獲得釩，則金屬鋁熱還原制得釩的化學(xué)方程式為3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃
（5）全釩液流儲(chǔ)能電池是利用不同價(jià)態(tài)離子對(duì)的氧化還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如圖，電池放電時(shí)，左槽溶液由黃色變?yōu)樗{(lán)色，寫(xiě)出其電極反應(yīng)VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

Answer 1

分析 廢釩催化劑的主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等，據(jù)物質(zhì)的水溶性確定，V₂O₅和SiO₂難溶于水，即為得到的濾渣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，離子反應(yīng)方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，分析平衡，Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機(jī)層）?RA_n（有機(jī)層）+nH⁺（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；加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，氯酸鉀具有氧化性，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即可．
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來(lái)回答；
（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，據(jù)此書(shū)寫(xiě)離子方程式；
（3）反萃取時(shí)加入的硫酸試劑是抑制平衡正向進(jìn)行；
（4）金屬鋁和礬的氧化物反應(yīng)得到金屬釩和氧化鋁，據(jù)此書(shū)寫(xiě)方程式；
（5）當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，即VO₂⁺轉(zhuǎn)化為VO²⁺，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)．

解答 解：（1）將固體粉碎，增加固體的表面積，可以加快浸出速率，
故答案為：增大固液接觸面積，加快浸出速率，提高浸出率；
（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，離子反應(yīng)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）步驟③的操作名稱(chēng)為萃取分液，反萃取時(shí)分析平衡，VOSO₄ +（水層）+2HA₂（有機(jī)層）?VOA₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層），加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，使VOSO₄進(jìn)入水層；
故答案為：萃取、分液；加入硫酸使平衡向左移動(dòng)，使VOSO₄進(jìn)入水層；
（4）金屬鋁熱還原制得釩的原理是：金屬鋁和礬的氧化物反應(yīng)得到金屬釩和氧化鋁，其化學(xué)方程式為：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，
故答案為：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．
（5）當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，即VO₂⁺轉(zhuǎn)化為VO²⁺，此時(shí)該極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了流程分析判斷、物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用、原電池原理分析、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．