Question

【題目】釩（V）為過渡元素，可形成多價態化合物，全釩液流電池是一種新型的綠色環保儲能系統，工作原理如下圖：

已知：

離子種類	VO2+	VO2+	V3+	V2+
顏色	黃色	藍色	綠色	紫色

（1）全釩液流電池放電時V2+發生氧化反應，該電池放電時總反應式是_______

（2）當完成儲能時，正極溶液的顏色是 __________

（3）質子交換膜的作用是_________

（4）含釩廢水會造成水體污染，對含釩廢水（除VO2+外，還含Fe3+等）進行綜合處理可實現釩資源的回收利用，流程如下：

已知溶液酸堿性不同釩元素的存在形式不同：

釩的化合價	酸性	堿性
+4價	VO2+	VO(OH)3-
+5價	VO2+	VO43-

①濾液中釩元素的主要存在形式為_______

②濾渣在空氣中由灰白色轉變為紅褐色，用化學用語表示加入NaOH后生成沉淀的反應過程_______________、____________。

③萃取、反萃取可實現釩的分離和富集，過程可簡單表示為（HA為有機萃取劑）：

萃取時必須加入適量堿，其原因是 __________

④純釩可由熔鹽電解法精煉，粗釩（含雜質）作____極。

Answer 1

【答案】V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O 黃色 阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流 VO(OH)3- Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率 陽極

【解析】

（1）B極是V2+失電子發生氧化反應生成V3+，A極VO2+得到電子發生還原反應生成VO2+，根據電極反應式書寫總反應式；

（2）儲能為充電過程，正極和外接電源正極相連，本身作陽極發生氧化反應，電極反應方程式為：VO2+- e-+H2O= VO2++2H+；

（3）質子交換膜的作用是阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流；

（4）①由流程可知濾液為堿性且加入鐵粉后VO2+被還原為VO(OH)3-；

②Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 。

③分析平衡，，加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率；

④電解法精煉釩，用粗釩作陽極，發生氧化反應。

（1）因為放電時，已知B極是V2+失電子發生氧化反應生成V3+，所以A極會得到電子發生還原反應，故電極反應方程式為：VO2++e-+2H+=VO2++H2O，故電池放電時總反應式是V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O，

故答案是：V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O；

（2）儲能為充電過程，正極和外接電源正極相連，本身作陽極發生氧化反應，電極反應方程式為：VO2+- e-+H2O= VO2++2H+，所以當完成儲能時，正極溶液的顏色是黃色；

故答案是：黃色；

（3）由電池放電時總反應式V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O可知，兩電極的物質混合會發生反應，故質子交換膜的作用是阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流；

故答案是：阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流；

（4）①根據表中信息，由流程可知濾液為堿性且加入鐵粉后VO2+被還原為VO(OH)3-，所以釩元素的主要存在形式為VO(OH)3-，

故答案是：VO(OH)3-；

②加入氫氧化鈉之后，由灰白色轉變為紅褐色，這是亞鐵離子轉化為鐵離子，反應過程為Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3。

故答案為：Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓； 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3；

③分析平衡，，加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率，

故答案為：加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動，提高釩的萃取率；

④電解法精煉釩，用粗釩作陽極，發生氧化反應，

故答案為：陽極。