Question

15．釩（V）及其化合物廣泛應用于工業催化、新材料和新能源等領域．V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑．
（1）一定條件下，SO₂ 與空氣反應t min后，SO₂ 和SO₃物質的量濃度分別為a mol/L、b mol•L^-1，則SO₂ 起始物質的量濃度為a+bmol/L；生成SO₃的化學反應速率為$\frac{b}{t}$mol/L．
（2）全釩液流儲能電池是利用不同價態離子對氧化還原反應來實現化學能和電能相互轉化的，其裝置原理如圖：

①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O．
②充電過程中，右槽溶液顏色逐漸由綠色變為紫色．
③放電過程中氫離子的作用是參與正極反應和通過交換膜定向移動使溶液成電中性；充電時若轉移的電子數為3.01×10²³個，左槽溶液中n（H⁺）的變化量為0.5mol．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫和氧氣反應方程式為2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），開始時沒有SO₃，根據方程式知，反應c（SO₂）_（消耗）=c（SO₃）_（生成）=bmol/L，則SO₂ 起始物質的量濃度=c（SO₂）_（消耗）+c（SO₂）_（剩余）=生成v（SO₃）=$\frac{△c}{△t}$；
（2）①左槽溶液逐漸由黃變藍，VO₂⁺轉變為VO²⁺，發生還原反應，應為原電池的正極，
②充電過程中，右槽連接電源的負極，發生還原反應，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-=V²⁺，
③充電時，左槽發生的反應為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺當轉移電子為3.01×10²³個即為0.5 mol電子時，生成氫離子為0.5 mol．

解答 解：（1）二氧化硫和氧氣反應方程式為2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），開始時沒有SO₃，根據方程式知，反應c（SO₂）_（消耗）=c（SO₃）_（生成）=bmol/L，則SO₂ 起始物質的量濃度=c（SO₂）_（消耗）+c（SO₂）_（剩余）=bmol/L+amol/L=（a+b）mol/L；
生成v（SO₃）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{bmol/L}{tmin}$=$\frac{b}{t}$mol/L，
故答案為：a+b；$\frac{b}{t}$；
（2）①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，說明此時為原電池，且為原電池的正極，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充電過程中，右槽連接的是電源負極，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺為綠色，V²⁺為紫色，
故可以看到右槽溶液顏色逐漸由綠色變為紫色．
故答案為：綠；紫；
③放電過程中，電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氫離子的作用是充電時，參與正極反應，通過交換膜定向移動使溶液成電中性；左槽發生的反應為VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，當轉移電子為3.01×10²³個即為0.5 mol電子時，生成氫離子為0.5mol；氫離子變化0.5mol；
故答案為：參與正極反應；通過交換膜定向移動使溶液成電中性；0.5mol．

點評 本題考查化學平衡計算、原電池和電解池原理，為高頻考點，側重考查學生分析判斷能力，難點是電極反應式的書寫，注意結合電解質溶液酸堿性書寫，題目難度不大．