Question

【題目】釩是一種重要的金屬材料，其用途之一是制備催化劑，如接觸法生產(chǎn)硫酸中使用的催化劑(主要成分V2O5、V2O4)。利用廢催化劑回收制備V2O5的工藝流程如下：

已知：20℃時(shí)，NH4VO3的Ksp=1.68×10－2

回答下列問題：

(1)步驟①為提高浸取效率采取的方法有___________(任寫兩條)

(2)步驟②中反應(yīng)的氧化劑是___________。

(3)步驟③中ClO3－被還原為Cl－，該反應(yīng)的離子方程式為__________。

(4)步驟④中，離子交換效率與pH的關(guān)系如右圖，為提高交換效率應(yīng)控制的pH范圍是___________。

(5)步驟⑤所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________。若母液中NH4+的濃度為1.0mol/L，則c(VO3－)=___________。

(6)全釩電池是以溶解在一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)的釩離子(V2+、V3+、VO2+、VO2+)為電極反應(yīng)的活性物質(zhì)。一種全釩電池原理如下圖，放電時(shí)H+從右向左移動(dòng)。寫出充電時(shí)陽極的電極反應(yīng)式___________，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.1mol電子時(shí)，轉(zhuǎn)移H+的物質(zhì)的量為___________mol。

Answer 1

【答案】粉碎廢催化劑、升高浸取溫度或攪拌等 Na2SO4 6VO2++ClO3-+180H-=6VO3-+Cl-+9H2O 68 NH4++VO3-=NH4VO3↓ 1.6810-2mol/L VO2++H2O-e-=VO2++2H+ 0.1

【解析】

(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率，因此，可采用增大接觸面積（粉碎廢催化劑）、升高浸取溫度或攪拌等手段。答案：粉碎廢催化劑、升高浸取溫度或攪拌等。
(2)步驟②中的反應(yīng)方程式為:2V2O5+2Na2SO4=4NaVO3+2SO2↑+O2↑，根據(jù)化合價(jià)變化判斷只有S，化合價(jià)降低，發(fā)生了還原反應(yīng)，O：-20化合價(jià)升高了，發(fā)生了氧化反應(yīng)，所以氧化劑為Na2SO4；答案：Na2SO4。
(3)分析參與氧化還原反應(yīng)的離子，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒配平，考慮反應(yīng)條件為堿性環(huán)境，反應(yīng)前加OH-,反應(yīng)后生成水。即為:6VO2+十ClO3-十180H-=6VO3-+Cl-+9H20。
(4)從圖中可知pH為68時(shí)交換效率最高。答案：68。
(5)由框圖知，由NaVO3經(jīng)沉釩得生成物NH4VO3知，此反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：NH4++ VO3- =NH4VO3↓，已知：20℃時(shí)，NH4VO3的Ksp=1.68×10－2，NH4+的濃度為1.0mol/L，代入溶度積常數(shù)的表達(dá)式c(NH4+)c(VO3-)=1.68×10－2，所以c(VO3-)=1.68×10－2mol/L。答案：1.68×10－2 mol/L。
(6)放電時(shí)H+從右向左移動(dòng)，則充電時(shí)H+從左向右移動(dòng)，表明電解池(充電時(shí))的陽極為左泵、陰極為右泵，所以陽極反應(yīng)為VO2++H2O-e-=VO2++2H+。答案：VO2++H2O-e-=VO2++2H+。
當(dāng)外電路轉(zhuǎn)移0.1mol電子時(shí)，根據(jù)電量守恒可知溶液中必轉(zhuǎn)移0.1molH+。在陽極有0.1molVOSO4變?yōu)榱?.05mol(VO2)2SO4+0.05molSO42-，產(chǎn)生的0.2molH+將有0.1mol匹配SO42-，0.1mol移向右泵(陰極)。答案：0.1