Question

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).

有学者建议将滤液进行如下处理后再用KClO₃氧化

上图中的萃取与反萃取的变化过程可简化为(下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂).

RSO₄(水层)+ 2HA(有机层)RA₂(有机层)+H₂SO₄(水层)，上图中的X试剂为   _____；这种萃取与反萃取过程有别于用CCl₄萃取碘水中的碘，二者的相同点是__________________，不同点是_______________

（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；硫酸 ；有机层与水溶液不相溶而分层；这种萃取与反萃取过程发生了化学反应，而用CCl4萃取碘水中的碘利用了相似相溶原理是物理溶解

（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：废钒催化剂粉碎、水浸，将溶解性物质溶于水，然后过滤得到滤渣和滤液，根据溶解性表知，滤液中含有VOSO4，滤渣中含有V2O5等不溶性杂质，向滤渣中加入亚硫酸钠和稀硫酸，亚硫酸钠具有还原性，能将V2O5还原为VOSO4，然后过滤得到滤渣和滤液，将两部分滤液混合并加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能将VOSO4氧化为（VO2）2SO4，调节溶液pH为8且采用离子交换方法得到VO3-，向溶液中加入氯化铵，得到难溶性的NH4VO3，焙烧NH4VO3得到V2O5。

（1）工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，铝和五氧化二钒在高温下发生置换反应生成V，根据反应物、生成物及反应条件知，该反应方程式为3V2O5+10Al5Al2O3+6V，故答案为：3V2O5+10Al5Al2O3+6V；

（2）VOSO4为可溶性物质，所以溶液中的溶质为VOSO4，根据图示，进行反萃取是，为了不引入新杂质，X试剂可以选用硫酸；这种萃取与反萃取过程有别于用CCl4萃取碘水中的碘，二者的相同点是有机层与水溶液不相溶而分层，不同点是这种萃取与反萃取过程发生了化学反应，而用CCl4萃取碘水中的碘利用了相似相溶原理是物理溶解，故答案为：VOSO4；硫酸 ；有机层与水溶液不相溶而分层；这种萃取与反萃取过程发生了化学反应，而用CCl4萃取碘水中的碘利用了相似相溶原理是物理溶解；

（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，铵根离子和VO3-反应生成难溶性的NH4VO3，离子方程式为NH4++VO3-=NH4VO3↓，根据图知，在80℃、氯化铵系数为4时沉降率最大，故答案为：NH4++VO3-=NH4VO3↓；4；80℃；

（4）该反应中V元素化合价由+5价变为+4价、C元素化合价由+3价变为+4价，转移电子数为2，再结合原子守恒、电荷守恒配平方程式为2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O，故答案为：2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O；

（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+，电池充电时阳极上VO2+失电子发生氧化反应，电极反应式为VO2++H2O-e-=VO2++2H+，故答案为：VO2++H2O-e-=VO2++2H+。

【考点定位】考查物质分离和提纯；化学实验的基本操作

【名师点晴】本题考查物质的分离和提纯，为高频考点，侧重考查氧化还原反应、离子反应方程式的书写、原电池和电解池原理等知识点，明确反应原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应及实验基本操作，难点是电极反应式的书写。