Question

【題目】釩是一種重要的合金元素,還用于催化劑和新型電池。從含釩固體廢棄物（含有SiO2、Al2O3及其他殘渣）中提取釩的一種新工藝主要流程如下:

部分含釩化合物在水中的溶解性如下表:

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

請回答下列問題:

（1）反應①所得溶液中除H+之外的陽離子有______。

（2）反應②堿浸后濾出的固體主要成分是______（寫化學式）。

（3）反應④的離子方程式為__________。

（4）25 ℃、101 kPa時,4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)　ΔH1= —a kJ·mol-1，4V(s)+5O2(g)2V2O5(s)　ΔH2=—b kJ·mol-1。用V2O5發生鋁熱反應冶煉金屬釩的熱化學方程式是___________。

（5）釩液流電池（如下圖所示）具有廣闊的應用領域和市場前景,該電池中隔膜只允許H+通過。電池放電時負極的電極反應式為_______,電池充電時陽極的電極反應式是________。

Answer 1

【答案】 VO2+、 Al3+ Al(OH)3 NH4++VO3- NH4VO3↓（ 10Al(s)+3V2O5(s)5Al2O3(s)+6V(s)ΔH=— kJ·mol-1 V2+-e-V3+ VO2+-e-+H2OVO2++2H+

【解析】流程分析：含釩固體廢棄物（含有SiO2、Al2O3及其他殘渣），要提取釩，則要除去Si、Al等殘渣。步驟①培燒后，用硫酸溶解，生成(VO2)2SO4和Al2(SO4)3，SiO2等不溶性雜質過濾可除去；步驟②是用碳酸鈉溶液與(VO2)2SO4和Al2(SO4)3反應，與(VO2)2SO4反應生成NaVO3，碳酸根離子與鋁離子水解相互促進生成Al(OH)3沉淀；步驟④是NaVO3溶液與氯化銨反應生成NH4VO3沉淀；步驟⑤加熱NH4VO3分解為V2O5。

（1）用硫酸溶解，生成(VO2)2SO4和Al2(SO4)3，溶液中的陽離子除氫離子外還有VO2+、 Al3+。

故答案為：VO2+、Al3+；

（2）用碳酸鈉溶液堿浸含雜質的(VO2)2SO4溶液，生成含雜質的NaVO3溶液，碳酸根離子與Al3+水解相互促進生成Al(OH)3沉淀，所以反應②堿浸后濾出的固體主要成分是Al(OH)3。

故答案為：Al(OH)3；

（3）步驟④是NaVO3溶液與氯化銨反應生成NH4VO3沉淀，離子方程式為NH4++VO3-=NH4VO3↓；

（4）已知①4Al(s)+3O2(g)═2Al2O3(s)△H1=a kJ/mol

②4V(s)+5O2(g)═2V2O5(s)△H2=b kJ/mol

據蓋斯定律,(①×5②×3)÷2得：10Al(s)+3V2O5(s)= 5Al2O3(s)+6V(s) △H=kJ/mol；

（5）釩液流電池放電時負極，失電子，化合價升高，發生氧化反應，應為V2+→V3+，故電極反應式為V2+-e-=V3+；充電時，原正極變陽極，陽極失電子，化合價升高，發生氧化反應，應為：VO2+→VO2+，電極反應式為VO2+-e-+H2O=VO2++2H+。

故答案為：V2+-e-=V3+ ；VO2+-e-+H2O=VO2++2H+。