Question

金属钒及其化合物有着广泛的应用，现有如下回收利用含钒催化剂[含有V₂O₅、VOSO₄（强电解质）及不溶性残渣]的工艺的主要流程：

部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4	HVO3
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶	难溶

请回答下列问题：

（1）工业上常用铝热反应由V₂O₅冶炼金属钒，化学方程式为__________。

（2）反应①、②、③、④中，发生氧化还原反应的是__________（填序号），写出反应①的离子方程式____。操作1、操作2用到的玻璃仪器是___________。

（3）反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，下图是反应温度与沉钒率的关系图，则控制温度的方法是_____________。

（4）反应④在焙烧过程中随温度的升高发生了两步反应。已知234gNH₄VO₃固体质量的减少值△W随温度（T）变化的曲线如图。试写出300℃~350℃时反应的化学方程式___________。

（5）全钒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

3V2O5+10Al5Al2O3+6V①②V2O5+SO32－+4H+=2VO2++SO42－+2H2O烧杯、玻璃棒、漏斗将反应容器置于80℃的水浴中2HVO3V2O5+H2OVO2++H2O－e－=VO2++2H+

【解析】由流程图：反应①亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32－+4H＋=2VO2＋+SO42－+2H2O；反应②含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成完全电离可溶于水的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl－，离子方程式ClO3－+6VO2＋+3H2O=6VO2＋+6H＋+Cl－；反应③根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3－，离子方程式为：NH4＋+VO3－=NH4VO3↓；反应④ 2HVO3V2O5+H2O 。

(1)铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V2O5+10Al5Al2O3+6V；

（2）由上述反应①、②、③、④中，③、④反应中没有化合价变化，发生氧化还原反应的是①、②，反应①的离子方程式V2O5+SO32－+4H＋=2VO2＋+SO42－+2H2O；操作1、操作2是过滤，分离固体和液体，用到的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、漏斗；

（3）反应③的沉淀率由图象可知在80℃时最高，控制80℃可将反应容器置于80℃的水浴中 ；

（4）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：

2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O

234g 34g 18g

减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H2O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；NH4VO3=NH3＋HVO3，在300～350℃再失去水， 2HVO3V2O5+H2O；

（5）阳极反应式为：VO2++H2O－e－=VO2++2H+

点睛：本题涉及到铝热反应的应用、氧化还原反应的判断、离子方程的书写，平时注意相关知识运用能力的培养（1）铝热反应实质是置换反应，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝；（3）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大（4）根据NH4VO3在焙烧变化的图象进行解答，分析难度较大。