Question

為回收利用廢釩催化劑(含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，主要流程如下：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下：

回答下列問題：
(1)工業(yè)上由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱法，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______
(2)為了提高釩的浸出率，用酸浸使催化劑中的V₂O₅轉(zhuǎn)變成可溶于水的VOSO₄，與水浸液合并，再用KClO₃氧化,使+4價的V氧化成易溶于水的(VO₂)₂SO₄。反應(yīng)①的離子方程式為_______;反應(yīng)②的離子方程式為ClO₃^－＋6VO^2＋＋3H₂O＝6VO₂^＋＋6H^＋＋Cl^－。
(3)該工藝中反應(yīng)③的沉淀率是回收釩的關(guān)鍵之一,該步反應(yīng)的離子方程式為_______。
(4) 實驗室用的原料中V₂O₅占6%(原料中的所有釩已換算成V₂O₅)。取100g該廢釩催化劑按工業(yè)生產(chǎn)的步驟進(jìn)行實驗，當(dāng)加入100 mL 0.1 mol·L^-1的KC1O₃溶液時,溶液中的釩恰好被完全處理，假設(shè)以后各步釩沒有損失，則該實驗中釩的回收率是_______ (已知V₂O₅的相對分子質(zhì)量為182)。
(5)   全釩液儲能電池是利用不同價態(tài)的離子對之間的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置,其原理如右下圖所示。已知電池的總反應(yīng)式為VO₂^＋＋V^2＋＋2H^＋VO^2＋＋V^3＋＋H₂O

①放電時的正極反應(yīng)式為______________。
②放電過程中氫離子的作用是______________，充電時若轉(zhuǎn)移的電子為2mol，則左槽溶液中n（H⁺)的變化量為______________。

Answer 1

（16分）（1）3V₂O₅+10Al6V+5Al₂O₃ (2分) （2）①V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺＝2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O(3分)
（3）NH₄^＋＋VO₃^－＝NH₄VO₃↓(2分) （4）91%(3分) （5）①VO₂^＋＋2H^＋＋e^－＝VO^2＋＋H₂O(2分)
②參與正極反應(yīng)和通過交換膜定向移動使電流通過溶液(2分)； 2mol(2分)

試題分析：（1）鋁是活潑的金屬，能和五氧化二釩發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成單質(zhì)礬和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3V₂O₅+10Al6V+5Al₂O₃。
（2）根據(jù)溶解性表知，濾渣是V₂O₅，酸性條件下，V₂O₅和亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成VOSO₄，反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺＝2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O。
（3）反應(yīng)③是復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式是NH₄^＋＋VO₃^－＝NH₄VO₃↓。
（4）根據(jù)V₂O₅＋SO₃^2-＋4H⁺＝2VO²⁺＋SO₄^2-＋2H₂O、ClO₃^－＋6VO^2＋＋3H₂O＝6VO₂^＋＋6H^＋＋Cl^－可知：
3V₂O₅～6VO²⁺～ClO₃^－
3mol         1mol
n            0.01mol
所以n＝0.03mol
因此該實驗中釩的回收率是×100%＝91.0%
（5）①原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)總的方程式可知VO₂^＋得到電子被還原為VO^2＋，因此正極電極反應(yīng)式是VO₂^＋＋2H^＋＋e^－＝VO^2＋＋H₂O。
②根據(jù)①可知，放電時正極消耗氫離子，所以放電過程中氫離子的作用是參與正極反應(yīng)和通過交換膜定向移動使電流通過溶液。根據(jù)裝置圖可知，充電時左槽電極和電源的正極相連，做陽極，電極反應(yīng)式是VO^2＋＋H₂O－e^－＝VO₂^＋＋2H^＋，所以充電時若轉(zhuǎn)移的電子為2mol，則左槽溶液中n（H⁺)的變化量為2mol。