Question

7．為回收利用廢釩催化劑（含有V₂O₅，、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，主要流程如圖1：
已知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

回答下列問靨：
（1）工業由V₂O₅冶煉金厲釩常用鋁熱法，寫出該反應的化學方程式3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．
（2）濾液中含釩的主要成分為VOSO₄ （寫化學式）．
（3）反應③的沉淀率是回收釩的關鍵，該步反應的離子方程式為NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；沉淀率的髙
低除受溶液pH影響外，還與氯化按系數（NH₄Cl加入質量與樣品中V₂O₅的質量比）和溫度有關．根據圖2判斷最佳氯化銨系數和溫度分別為4、80°C．
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以測定反應②后溶液中含釩量，該滴定反應的離子方程式2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+2H₂O．若產生2.24L的CO₂（標準狀況下），則轉移電子數為0.1N_A．
（5）全礬液流電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為：VO${\;}_{2}^{+}$+V²⁺+H⁺ $?_{放電}^{充電}$ 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 反應①是利用亞硫酸鈉在酸性溶液中的還原性把難溶的V₂O₅轉化為易溶于水的VOSO₄便于釩的提取，反應②是用氯酸鈉溶液與VOSO₄反應生成（VO₂）₂SO₄，通過離子交換，調節溶液PH得到NaVO₃，反應③是NaVO₃溶液與氯化銨反應生成NH₄VO₃沉淀，反應④加熱NH₄VO₃分解為V₂O₅，
（1）鋁熱反應實質是置換反應，鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁；
（2）根據廢釩催化劑的組成及表中數據判斷濾液主要成分；
（3）依據流程中的沉淀分離書寫離子方程式；根據題中圖象分析坐標系中表示的含義，結合圖中的沉礬率與沉淀溫度關系選擇最佳溫度，再根據沉礬率與氯化銨系數選擇最佳的氯化銨系數；
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，發生氧化還原反應生成二氧化碳、VO²⁺和水，離子方程式中一定滿足質量守恒和電荷守恒，計算二氧化碳物質的量，結合離子方程式定量關系計算電子轉移；
（5）電池充電時陽極發生氧化反應，陽極電極反應為VO²⁺+得到電子發生氧化反應生成VO₂⁺．

解答 解：反應①是利用亞硫酸鈉在酸性溶液中的還原性把難溶的V₂O₅轉化為易溶于水的VOSO₄便于釩的提取，反應②是用氯酸鈉溶液與VOSO₄反應生成（VO₂）₂SO₄，通過離子交換，調節溶液PH得到NaVO₃，反應③是NaVO₃溶液與氯化銨反應生成NH₄VO₃沉淀，反應④加熱NH₄VO₃分解為V₂O₅，
（1）鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁，反應方程式為3V₂O₅+10Al $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，故答案為：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃；
（2）廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣，由于V₂O₅為難溶物，所以濾液中含釩的主要成分為VOSO₄，故答案為：VOSO₄ ；
（3）根據NH₄VO₃難溶于水，利用復分解反應沉淀VO₃^-，離子方程式為NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，根據沉釩率與沉淀溫度的圖象可知，在80℃時沉礬率最高為98%，再根據氯化銨系數與沉釩率可知，氯化銨系數為4時沉釩率最高，所以最佳控制氯化銨系數和溫度分別為4、80℃，
故答案為：NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓；4；80℃；
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，發生氧化還原反應生成二氧化碳、VO²⁺和水，離子方程式為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+2H₂O，根據電二氧化碳物質的量n（CO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，離子方程式中每生成2molCO₂電子轉移為2mole^-，則0.1mol二氧化碳生成電子轉移為0.1N_A，
故答案為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+2H₂O；0.1N_A；
（5）陽極反應是氧化反應，由電池總反應可知充電時，陽極電極反應為VO²⁺+得到電子發生氧化反應生成VO₂⁺，陽極電極反應為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺，
故答案為：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

點評 本題考查了鋁熱反應、氧化還原反應、離子反應、電化學等知識，題目難度中等，正確分析、理解工業流程是解題關鍵，注意明確鋁熱反應原理及電荷守恒、質量守恒在配平反應方程式中的應用．