Question

钒钢具有高强度、弹性优良、抗磨损、抗冲击等性能，可用于汽车和飞机制造。一种从石煤（含SiO₂、V₂O₃、V₂O₅和少量Fe₂O₃）中提取V₂O₅的流程如下图所示：

已知：

	VO^2^＋	VO2^+	Fe^2^＋	Fe^3^＋
P2O4＋TBP＋煤油中的溶解度	很大	较小	0	很大

请回答下列问题：

（1）“酸浸”时，为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度、减小石煤矿粉粒径外，还可采取的措施有__________（任写一条）；生成VO^2＋反应的离子方程式为_______。

（2）从整个流程来看，“还原”的目的为_______。

（3）实验室模拟“萃取”时，需用到的玻璃仪器有____________。

（4）“氧化”时发生反应的离子方程式为__________。

（5）上述流程中可以循环利用的物质有_________。

（6）全钒液流储能电池的工作原理为VO^2＋＋V^3＋＋H₂OVO₂⁺＋V^2＋＋2H^＋。

①充电时，阳极的电极反应式为______；

②两极区被质子交换膜隔开，放电时，若外电路转移2mole^－，则正极区溶液中n（H^＋）________（填“增加”或“减少”）________mol。

Answer

适当升高反应温度、适当增大O2通入量、搅拌（其他合理答案均可，任写一条） 2V2O3＋8H＋＋O2=4VO2＋＋4H2O 将VO2+还原为VO2＋、Fe3＋还原为Fe2＋，利于后续萃取分离 分液漏斗、烧杯 6VO2＋＋ClO3-＋3H2O=6VO2+＋Cl－＋6H＋ P2O4＋TBP＋煤油、NH3（或NH3·H2O） VO2＋－e－＋H2O=VO2+＋2H＋ 减少 2

【解析】

石煤(含SiO2、V2O3、V2O5和少量Fe2O3)与硫酸和氧气反应生成的主要是含有VO2＋、VO2+、Fe3＋，经过亚硫酸钠还原，变为VO2＋、Fe2＋，经过P2O4＋TBP＋煤油的萃取出VO2＋，再用硫酸反萃取出VO2＋，经过NaClO3的氧化，再加氨水沉钒，再热解得到V2O5。

⑴由流程图可知，“酸浸”时需加入O2和H2SO4，为加快反应速率，除了适当增加硫酸浓度、减小石煤矿粉粒径外，还可采取适当升高反应温度、适当增大O2通入量、搅拌等措施；生成VO2＋反应的离子方程式为2V2O3＋8H＋＋O2 = 4VO2＋＋4H2O；故答案为：适当升高反应温度、适当增大O2通入量、搅拌(其他合理答案均可，任写一条）；2V2O3＋8H＋＋O2=4VO2＋＋4H2O。

⑵分析反应流程及表格数据可知，VO2＋与Fe3＋在P2O4＋TBP＋煤油中的溶解度很大，而VO2+与Fe2＋在萃取剂中的溶解度较小，要除去含铁杂质，可将VO2+还原为VO2＋、Fe3＋还原为Fe2＋，利于后续萃取分离；故答案为：将VO2+还原为VO2＋、Fe3＋还原为Fe2＋，利于后续萃取分离。

⑶在“萃取”操作中，需用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯；故答案为：分液漏斗、烧杯。

⑷“氧化”过程为加入NaClO3将VO2＋氧化为VO2+，发生反应的离子方程式为6VO2＋＋ClO3－＋3H2O = 6 VO2+＋Cl－＋6H＋；故答案为：6VO2＋＋ClO3－＋3H2O = 6 VO2+＋Cl－＋6H＋。

⑸由流程图可知，该流程进行了“萃取”与“反萃取”，故萃取剂P2O4＋TBP＋煤油可循环使用，另外“热解”产生的NH3可配制成NH3·H2O溶液，用于“沉钒”操作；故答案为：P2O4＋TBP＋煤油、NH3(或NH3·H2O)。

⑹①充电时阳极发生氧化反应，其电极反应式应为VO2＋－e－＋H2O = VO2+＋2H＋。②放电时正极反应式为VO2+＋e－＋2H＋= VO2＋＋H2O，负极反应式为V2＋－e－＝V3＋，故当外电路转移2mole－时，正极反应消耗4molH＋，负极区有2molH＋通过质子交换膜移向正极区，故正极区溶液中n(H＋)将减少2mol；故答案为：VO2＋－e－＋H2O=VO2+＋2H＋；减少；2。