Question

(14分)为回收利用废钒催化剂(含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

回答下列问题：

⑴工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，写出该反应的化学方程式               。

⑵滤液中含钒的主要成分为        (写化学式)。

⑶该工艺中反应③的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式                           ；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数(NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比)和温度。根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为        、        。

⑷用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，反应的离子方程式为□VO₂^＋    ＋□H₂C₂O₄＋□_____ ＝□VO^2＋＋□CO₂↑＋□H₂O，试将其配平。

⑸全矾液流电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为VO₂^＋    ＋V^2＋＋2H^＋     VO^2＋＋H₂O＋V^3＋，电池充电时阳极的电极反应式为                       。

Answer

⑴3V2O5＋10Al＝5Al2O3＋6V ⑵VOSO4

⑶NH4＋ ＋VO3—＝ NH4VO3↓ 4 80 ℃

⑷2VO2＋ ＋H2C2O4＋2H＋ ＝ 2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O

⑸VO2＋＋H2O－e－＝ VO2＋ ＋2H＋ (2，2，2，2，2，2，2)

【解析】

试题分析：⑴用铝热剂法冶炼金属钒，反应物有V2O5和Al，生成物有V和Al，可采用化合价升降法将其配平。

⑵根据表中的信息知，只有VOSO4溶于水，故滤液中含钒的主要成分为VOSO4。

⑶根据表中的信息知，NH4VO3难溶于水，故该工艺中反应③为NH4＋ 与VO3—反应生成NH4VO3沉淀。

通过观察两图知控制氯化铵系数为4(太大时钒的沉淀率提高不大，但导致铵盐的利用率不高)，控制温度为80 ℃(该温度下钒的沉淀率最高)。

⑷首先根据得失电子守恒有2VO2＋ ＋H2C2O4―― 2VO2＋＋2CO2↑，再根据电荷守恒有2VO2＋ ＋H2C2O4＋2H＋ ――2VO2＋＋2CO2↑(用硫酸酸化，添加H＋满足电荷守恒)，最后根据原子守恒得2VO2＋ ＋H2C2O4＋2H＋ ＝ 2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。

⑸电池充电时阳极上VO2＋发生氧化反应生成VO2＋ ，首先根据得失电子守恒有VO2＋－e―――VO2＋ ，再根据电荷守恒有VO2＋－e――― VO2＋ ＋2H＋，最后根据原子守恒得VO2＋＋H2O－e－＝ VO2＋ ＋2H＋。

考点：本题以回收钒的化工流程图为素材，考查化学方程式、离子方程式、电极反应式等的配平与书写，以及读图能力。