Question

钒（V）为过渡元素，可形成多价态化合物，在工业催化、新材料、新能源等领域有广泛应用。

（1）金属钒熔点很高，可由铝热反应制得。

已知25℃、101 KPa时

4A1（s）+3O₂（g）═2Al₂O₃（s）△H₁=akJ•mol^-1

4V（s）+5O₂（g）═2V₂O₅（s）△H₂=bkJ•mol^-1

则用铝热反应冶炼金属V（s）的热化学方程式为______。

（2）全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如图所示：

查阅相关资料可知：

离子种类	VO2^+	VO^2+	V^3+	V^2+
颜色	黄色	蓝色	绿色	紫色

①该电池放电时，VO₂⁺发生还原反应，则正极的反应式是______。

②当完成储能时，负极溶液的颜色为______。

③电池放电时，负极区溶液的pH将______（填“增大”、“减小”或“不变”）。

④用该钒电池在铁制品上镀铜，铁制品应与电池的______极（填“A“或“B“）相连。若电镀开始时两电极质量相等，电镀一段时间后，两电极质量之差为128g，此时转移电子的物质的量为______。

Answer

10Al(s)＋3V2O5(s)=5Al2O3(s)＋6V(s) △H=(2.5a－1.5b)kJ·mol－1或（－）kJ·mol－1 VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O 紫色 增大 B 2mol

【解析】

(1)铝热反应冶炼钒的化学方程式为10Al＋3V2O5=5Al2O3＋6V，根据盖斯定律进行计算；

(2)①VO2＋发生还原反应，V得到电子，化合价降低，生成VO2＋，然后根据电解质环境写出电极反应式；

②储能是充电过程，电池负极与电源的负极相连，即该电极为阴极，应是V3＋和V2＋之间的转化，根据表中现象进行分析；

③根据原电池工作原理，阳离子从负极移向正极，进行分析；

④电镀，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，根据两极电极反应式进行计算；

(1) 铝热反应冶炼钒的化学方程式为10Al＋3V2O5=5Al2O3＋6V，4Al（s）+3O2（g)=2Al2O3（s） ①，4V（s）+5O2（g）=2V2O5（s） ②，根据盖斯定律，①－②，因此有10Al(s)＋3V2O5(s)=5Al2O3(s)＋6V(s) △H=(2.5a－1.5b)kJ·mol－1或（－）kJ·mol－1；

(2)①放电时，VO2＋发生还原反应，说明VO2＋得到电子，正极上得电子，化合价降低，发生还原反应，即电极A为正极，电极B为负极，根据装置图，正极电极反应式为VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O；

②储能为充电过程，电池的负极与电源的负极相连，该电池B为阴极，电极反应式为V3＋＋e－=V2＋，该电极溶液颜色为紫色；

③电池放电时，阳离子从负极向正极移动，即H＋从右移向左，负极区溶液c(H＋)减小，pH增大；

④铁制品上镀铜，铁制品作阴极，铜作阳极，因此铁制品应与电池的B极相连；阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，令转移电子物质的量为amol，阴极质量增加，阳极质量减少，因此两极质量差为+=128g，解得a=2mol。