Question

(本题16分)钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物(含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程如图：

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

部分含钒化合物在水中的溶解性如上表：

请回答下列问题：

（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有___________。

（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是(写化学式)             。

（3）反应④的离子方程式为             。

（4）25℃、101 kPa时，ⅰ、4Al(s)＋3O₂(g)2Al₂O₃(s)   ΔH₁＝-a kJ/mol

ⅱ、4V(s)＋5O₂(g)2V₂O₅(s)  ΔH₂＝-b kJ/mol

用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是            。

（5）钒液流电池(如图所示)具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为           ，电池充电时阳极的电极反应式是                         。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2V＋H₂C₂O₄＋2H⁺2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25．00 mL 0．1000 mol/LH₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24．0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为             g/L。

Answer

（1）VO2+、Al3+

（2）Al(OH)3

（3）NH4+＋VO3-NH4VO3↓；

（4）10Al(s)＋3V2O5(s)5Al2O3(s)＋6V(s) ΔH＝-（5b-3a）/2kJ/mol

（5）V2+－e－ V3+ ； VO2+－e－＋H2OVO2+＋2H+

（6）10．6

【解析】

试题分析：（1）废弃物里含有Al2O3，则经过酸溶解后，所得溶液中除H+之外的阳离子有VO2+、Al3+。

（2）Al3+与CO32－会发生双水解，得到固体Al(OH)3。

（3）NH4VO3不溶，故反应④的离子方程式为NH4+＋VO3－NH4VO3↓。

（4）25℃、101 kPa时，ⅰ、4Al(s)＋3O2(g)2Al2O3(s) ΔH1＝-a kJ/mol

ⅱ、4V(s)＋5O2(g)2V2O5(s) ΔH2＝-b kJ/mol

V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学反应可看成是ⅰ×5/2-ⅱ×3/2得到的，结合盖斯定律可知此热化学反应方程式：10Al(s)＋3V2O5(s)5Al2O3(s)＋6V(s) ΔH＝-（5b-3a）/2 kJ/mol

（5）电池放电时负极的电极反应式为: V2+－e－ V3+,电池充电时阳极的电极反应式是VO2+－e－＋H2OVO2+＋2H+。

（6）H2C2O4的物质的量为：25．00×10－3× 0．100mol，根据2VO2+＋H2C2O4＋2H+2VO2+＋2CO2↑＋2H2O

可知VO2－的物质的量为：25．00×10－3× 0．1000×2mol；质量为25．00×10－3×0．1000×2×51g，该(VO2)2SO4溶液中钒的含量为25．00×10－3×0．1000×2×51g÷0．024L＝10．6g/L

考点：无机工业流程，涉及化学反应原理、原电池原理、滴定实验及溶液成份测定等。