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：

物質(zhì)	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

回答下列問題：
（1）工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，該反應(yīng)的氧化劑為

 

．
（2）濾液中含釩的主要成分為

 

（填化學式）．
（3）該工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，該步反應(yīng)的離子方程式

 

；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)（NH₄Cl加入質(zhì)量與料液中V₂O₅的質(zhì)量比）和溫度．根據(jù)下圖判斷最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度為

 

、

 

℃．

（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以測定反應(yīng)②后溶液中含釩量，反應(yīng)方程式為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，其中n、m分別為

 

、

 

．
（5）全礬液流電池的電解質(zhì)溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為：VO₂⁺+V²⁺+2H⁺?VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池放電時正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,化學電源新型電池

專題：實驗設(shè)計題,電化學專題

分析：（1）鋁熱反應(yīng)實質(zhì)是置換反應(yīng)，鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁；
（2）根據(jù)廢釩催化劑的組成及表中數(shù)據(jù)判斷濾液主要成分；
（3）依據(jù)流程中的沉淀分離書寫離子方程式；根據(jù)題中圖象分析坐標系中表示的含義，結(jié)合圖中的沉礬率與沉淀溫度關(guān)系選擇最佳溫度，再根據(jù)沉礬率與氯化銨系數(shù)選擇最佳的氯化銨系數(shù)；
（4）離子方程式中一定滿足質(zhì)量守恒和電荷守恒，先根據(jù)電荷守恒計算出n，再根據(jù)氫原子質(zhì)量守恒計算出m．（5）根據(jù)正極反應(yīng)是還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁，反應(yīng)方程式為3V₂O₅+10Al

高溫  .

6V+5Al₂O₃，
故答案為：3V₂O₅+10Al

高溫  .

6V+5Al₂O₃；
（2）廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣，由于V₂O₅為難溶物，所以濾液中含釩的主要成分為VOSO₄，
故答案為：VOSO₄ ；
（3）根據(jù)NH₄VO₃難溶于水，利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀VO₃^-，離子方程式為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，
根據(jù)沉釩率與沉淀溫度的圖象可知，在80℃時沉礬率最高為98%，再根據(jù)氯化銨系數(shù)與沉釩率可知，氯化銨系數(shù)為4時沉釩率最高，所以最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度分別為：4，80℃，
故答案為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓； 4；80℃；
（4）2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，根據(jù)電荷守恒，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根據(jù)氫原子質(zhì)量守恒看得：2+2=2m，則m=2，
故答案為：2、2；
（5）正極反應(yīng)是還原反應(yīng)，由電池總反應(yīng)可知放電時的正極反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O．

點評：本題考查了鋁熱反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、電化學等知識，題目難度中等，正確分析、理解工業(yè)流程是解題關(guān)鍵，注意明確鋁熱反應(yīng)原理及電荷守恒、質(zhì)量守恒在配平反應(yīng)方程式中的應(yīng)用．