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：

（1）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              。

（2）图中所示滤液中含钒的主要成分为       （写化学式）。

（3）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        、        。

（4）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，完成反应的离子方程式为VO₂⁺＋H₂C₂O₄＋_____＝VO²⁺＋CO₂↑＋H₂O。

（5）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⁺＋V²⁺＋2H⁺VO²⁺＋H₂O＋V³⁺，电池充电时阳极的电极反应式为           。

Answer

（1）3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V ；（2）VOSO4；（3）NH4+＋VO3—＝ NH4VO3↓，4，80 ℃；（4）2VO2+＋H2C2O4＋2H+ ＝ 2VO2+＋2CO2↑＋2H2O；（5）VO2+＋H2O－e－＝ VO2+＋2H+。

【解析】

试题分析：(1)铝热法冶炼金属，利用此反应放出大量的热，使金属单质熔化便于分离，且铝具有强的还原性，因此反应方程式：3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V；（2）根据废钒含有的成分和部分含钒物质在水中的溶解性，滤液中应含VOsO4；（3）根据部分含钒物质在水中的溶解性：NH4VO3是难溶物质，氯化铵是可溶性盐类，则离子反应方程式：NH4+＋VO3－＝ NH4VO3↓，最佳控制氯化铵系数，指沉钒率最大，根据加氯化铵系数和沉钒率关系：系数为4时沉钒率最佳，根据沉淀温度和沉钒率的关系图：当温度80℃时沉钒率最大；(4)VO2＋→VO2＋化合价有＋5→＋4↓1，H2C2O4→CO2↑2，最小公倍数是2，即VO2＋的系数为2，VO2＋系数为2，根据碳原子守恒CO2的系数为2，根据反应前后所带电荷数守恒，反应物中H+参加反应，所以反应方程式：2VO2+＋H2C2O4＋2H+ ＝ 2VO2+＋2CO2↑＋2H2O；（5）电池工作：正极： VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O，负极：V2＋－e－=V3＋，电池充电时，负极接电源的负极，正极接电源的正极，电极反应式应是电池电极反应式倒过来书写就可以了，阳极电极式：VO2+＋H2O－e－＝ VO2+＋2H+。

考点：考查铝热反应、溶解度、离子反应（氧化还原反应）方程式的书写、原电池的工作原理等知识。