Question

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下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

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

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，4Al(s)＋3O₂(g)==2Al₂O₃(s)  ΔH₁＝-a kJ/mol

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(如右上图所示)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：2VO₂⁺＋H₂C₂O₄＋2H⁺===2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25.00 mL0.1000 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＝-kJ/mol；

（5）V2+－e－== V3+；VO2+－e－＋H2O==VO2+＋2H+；（6）10.6；

【解析】

试题分析：（1）用硫酸溶解含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣)，生成(VO2)2SO4和硫酸铝，溶液中的阳离子除氢离子外还有VO2+和Al3+，故答案为：VO2+和Al3+；

（2）含杂质的(VO2)2SO4溶液用碳酸钠溶液碱浸生成含杂质的NaVO3溶液，Al(OH)3不溶于弱碱，所以反应②碱浸后滤出的固体主要成分是Al(OH)3，故答案为：Al(OH)3；

（3）据工艺流程图可知，反应④的离子方程式为VO3-+NH4+=NH4VO3，故答案为：VO3-+NH4+=NH4VO3↓；

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

②4V(s)+5O2(g)═2V2O5(s)△H2=-b kJ/mol

据盖斯定律，(①×5-②×3)÷2得：10Al(s)+3V2O5(s)=5Al2O3(s)+6V(s)△H=-KJ/mol，

故答案为：10Al(s)+3V2O5(s)=5Al2O3(s)+6V(s)△H=-KJ/mol；

（5）钒液流电池放电时负极发生氧化反应，据图可知，电极反应式为V2+-e-=V3+，正极发生还原反应，充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为VO2+-e-+H2O=VO2++2H+；故答案为：V2+-e-=V3+；VO2+-e-+H2O=VO2++2H+；

（6）据滴定数据，结合离子方程式c(VO2+)==0.2083mol/L，所以1L溶液中含V的质量为0.2083mol/L×1L×51g/mol=10.6g，故答案为：10.6

【考点定位】考查物质分离和提纯；原电池和电解池的工作原理

【名师点晴】本题通过从含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程考查了氢氧化铝的两性、离子方程式书写、盖斯定律、电极反应式书写以及物质含量的计算。反应①用硫酸溶解含钒固体废弃物(含有SiO2、Al2O3及其他残渣)，生成(VO2)2SO4和硫酸铝，SiO2等不溶性杂质过滤除去；反应②是用碳酸钠溶液与(VO2)2SO4和硫酸铝反应，与(VO2)2SO4反应生成NaVO3，碳酸根离子与铝离子水解相互促进生成Al(OH)3沉淀；反应④是NaVO3溶液与氯化铵反应生成NH4VO3沉淀，加热NH4VO3分解为V2O5。