Question

【題目】釩鋼具有高強度、彈性優良、抗磨損、抗沖擊等性能，可用于汽車和飛機制造。一種從石煤（含SiO2、V2O3、V2O5和少量Fe2O3）中提取V2O5的流程如下圖所示：

已知：

	VO2＋	VO2+	Fe2＋	Fe3＋
P2O4＋TBP＋煤油中的溶解度	很大	較小	0	很大

請回答下列問題：

（1）“酸浸”時，為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度、減小石煤礦粉粒徑外，還可采取的措施有__________（任寫一條）；生成VO2＋反應的離子方程式為_______。

（2）從整個流程來看，“還原”的目的為_______。

（3）實驗室模擬“萃取”時，需用到的玻璃儀器有____________。

（4）“氧化”時發生反應的離子方程式為__________。

（5）上述流程中可以循環利用的物質有_________。

（6）全釩液流儲能電池的工作原理為VO2＋＋V3＋＋H2OVO2+＋V2＋＋2H＋。

①充電時，陽極的電極反應式為______；

②兩極區被質子交換膜隔開，放電時，若外電路轉移2mole－，則正極區溶液中n（H＋）________（填“增加”或“減少”）________mol。

Answer 1

【答案】適當升高反應溫度、適當增大O2通入量、攪拌（其他合理答案均可，任寫一條） 2V2O3＋8H＋＋O2=4VO2＋＋4H2O 將VO2+還原為VO2＋、Fe3＋還原為Fe2＋，利于后續萃取分離 分液漏斗、燒杯 6VO2＋＋ClO3-＋3H2O=6VO2+＋Cl－＋6H＋ P2O4＋TBP＋煤油、NH3（或NH3·H2O） VO2＋－e－＋H2O=VO2+＋2H＋ 減少 2

【解析】

石煤(含SiO2、V2O3、V2O5和少量Fe2O3)與硫酸和氧氣反應生成的主要是含有VO2＋、VO2+、Fe3＋，經過亞硫酸鈉還原，變為VO2＋、Fe2＋，經過P2O4＋TBP＋煤油的萃取出VO2＋，再用硫酸反萃取出VO2＋，經過NaClO3的氧化，再加氨水沉釩，再熱解得到V2O5。

⑴由流程圖可知，“酸浸”時需加入O2和H2SO4，為加快反應速率，除了適當增加硫酸濃度、減小石煤礦粉粒徑外，還可采取適當升高反應溫度、適當增大O2通入量、攪拌等措施；生成VO2＋反應的離子方程式為2V2O3＋8H＋＋O2 = 4VO2＋＋4H2O；故答案為：適當升高反應溫度、適當增大O2通入量、攪拌(其他合理答案均可，任寫一條）；2V2O3＋8H＋＋O2=4VO2＋＋4H2O。

⑵分析反應流程及表格數據可知，VO2＋與Fe3＋在P2O4＋TBP＋煤油中的溶解度很大，而VO2+與Fe2＋在萃取劑中的溶解度較小，要除去含鐵雜質，可將VO2+還原為VO2＋、Fe3＋還原為Fe2＋，利于后續萃取分離；故答案為：將VO2+還原為VO2＋、Fe3＋還原為Fe2＋，利于后續萃取分離。

⑶在“萃取”操作中，需用到的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯；故答案為：分液漏斗、燒杯。

⑷“氧化”過程為加入NaClO3將VO2＋氧化為VO2+，發生反應的離子方程式為6VO2＋＋ClO3－＋3H2O = 6 VO2+＋Cl－＋6H＋；故答案為：6VO2＋＋ClO3－＋3H2O = 6 VO2+＋Cl－＋6H＋。

⑸由流程圖可知，該流程進行了“萃取”與“反萃取”，故萃取劑P2O4＋TBP＋煤油可循環使用，另外“熱解”產生的NH3可配制成NH3·H2O溶液，用于“沉釩”操作；故答案為：P2O4＋TBP＋煤油、NH3(或NH3·H2O)。

⑹①充電時陽極發生氧化反應，其電極反應式應為VO2＋－e－＋H2O = VO2+＋2H＋。②放電時正極反應式為VO2+＋e－＋2H＋= VO2＋＋H2O，負極反應式為V2＋－e－＝V3＋，故當外電路轉移2mole－時，正極反應消耗4molH＋，負極區有2molH＋通過質子交換膜移向正極區，故正極區溶液中n(H＋)將減少2mol；故答案為：VO2＋－e－＋H2O=VO2+＋2H＋；減少；2。