Question

9．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：

部分含釩物質在水中的溶解性如下：

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

回答下列問題：
（1）工業由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，寫出該反應的化學方程式3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V．
（2）圖中所示濾液中含釩的主要成分為VOSO₄（寫化學式）．
（3）該工藝中反應③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關鍵之一，該步反應的離子方程式NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數（NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比）和溫度．根據如圖判斷最佳控制氯化銨系數和溫度為4、80℃．

（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以測定反應②后溶液中含釩量，完成反應的離子方程式為2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O；
（5）全礬液流電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺$?_{充電}^{放電}$VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池充電時陽極的電極反應式為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 廢釩催化劑粉碎、水浸，將溶解性物質溶于水，然后過濾得到濾渣和濾液，根據溶解性表知，濾液中含有VOSO₄，濾渣中含有V₂O₅等不溶性雜質，向濾渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V₂O₅還原為VOSO₄，然后過濾得到濾渣和濾液，將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO₄氧化為（VO₂）₂SO₄，調節溶液pH為8且采用離子交換方法得到VO₃^-，向溶液中加入氯化銨，得到難溶性的NH₄VO₃，焙燒NH₄VO₃得到V₂O₅，
（1）工業由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，鋁和五氧化二釩在高溫下發生置換反應生成V，根據反應物、生成物及反應條件書寫方程式；
（2）VOSO₄為可溶性物質；
（3）該工藝中反應③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關鍵之一，銨根離子和VO₃^-反應生成難溶性的NH₄VO₃，根據圖知，在80℃、氯化銨系數為4時沉降率最大；
（4）該反應中V元素化合價由+5價變為+4價、C元素化合價由+3價變為+4價，轉移電子數為2，再結合原子守恒、電荷守恒配平方程式；
（5）全礬液流電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺$?_{充電}^{放電}$VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池充電時陽極上VO²⁺失電子發生氧化反應．

解答 解：廢釩催化劑粉碎、水浸，將溶解性物質溶于水，然后過濾得到濾渣和濾液，根據溶解性表知，濾液中含有VOSO₄，濾渣中含有V₂O₅等不溶性雜質，向濾渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V₂O₅還原為VOSO₄，然后過濾得到濾渣和濾液，將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO₄氧化為（VO₂）₂SO₄，調節溶液pH為8且采用離子交換方法得到VO₃^-，向溶液中加入氯化銨，得到難溶性的NH₄VO₃，焙燒NH₄VO₃得到V₂O₅，
（1）工業由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，鋁和五氧化二釩在高溫下發生置換反應生成V，根據反應物、生成物及反應條件知，該反應方程式為3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V，故答案為：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V；
（2）VOSO₄為可溶性物質，所以溶液中的溶質為VOSO₄，故答案為：VOSO₄；
（3）該工藝中反應③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關鍵之一，銨根離子和VO₃^-反應生成難溶性的NH₄VO₃，離子方程式為NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，根據圖知，在80℃、氯化銨系數為4時沉降率最大，故答案為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；4；80℃；
（4）該反應中V元素化合價由+5價變為+4價、C元素化合價由+3價變為+4價，轉移電子數為2，再結合原子守恒、電荷守恒配平方程式為2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O，故答案為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O；
（5）全礬液流電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺$?_{充電}^{放電}$VO²⁺+H₂O+V³⁺，電池充電時陽極上VO²⁺失電子發生氧化反應，電極反應式為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺，故答案為：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

點評 本題考查物質的分離和提純，為高頻考點，側重考查氧化還原反應、離子反應方程式的書寫、原電池和電解池原理等知識點，明確反應原理是解本題關鍵，知道流程圖中發生的反應及實驗基本操作，難點是電極反應式的書寫，題目難度中等．