Question

钒被称为“现代工业味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。常见的钒氧化物为VO、V₂O₃、VO₂、V₂O₅，低价氧化钒在空气中易被氧化成高价氧化钒。

请回答下列问题：

（1）已知：

①2V(s)＋O₂(g)=2VO(s)    △H₁=－825.6kJ·mol^-1

②4VO(s)＋O₂(g)=2V₂O₃(s)    △H₂=－788.8kJ·mol^-1

③V₂O₃(s)＋O₂(g)=V₂O₅(s)    △H₃=－334.6kJ·mol^-1

④4V(s)＋5O₂(g)=2V₂O₅(s)    △H₄

据上述反应热效应之间的关系，可知△H₄=___。

（2）V₂O₅是钒氧化物中最重要的，也是最常用的钒化工制品。工业上制备V₂O₅的一个方法是利用VOCl₃水解，则VOCl₃中V的化合价为___，水解反应的化学方程式为___。

（3）工业上由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热法，该反应的化学方程式为___。

（4）工业制硫酸常用V₂Os作催化剂，已知2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)   △H=－196kJ·mol^-1，500℃时将2molSO₂和1molO₂装入一容积恒定的10L密闭容器中，达到平衡时容器中SO₃的浓度为0.1mol·L^-1。

①该反应的平衡常数K=___。某温度时，该反应的平衡常数K=50，则该温度___(填“>”“<”或“=”)500℃。

②下列措施能使的值减小的是___(填字母)。

A.升温

B.其他条件不变，再充入2molHe

C.其他条件不变，再充入2molSO₂和1molO₂

D.不用V₂O₅作催化剂，改用其他更高效的催化剂

（5）酸性条件下，V₂O₅和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成可溶性的VOSO₄，请写出该反应的离子方程式：___。

Answer

−3109.2 kJ•mol−1 +5 2VOCl3＋3H2O=V2O5＋6HCl 3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3 20 < A V2O5＋SO32−＋4H＋=2VO2＋＋SO42−＋2H2O

【解析】

(1)已知：①2V(s)＋O2(g)=2VO(s) △H1=－825.6kJ·mol-1，②4VO(s)＋O2(g)=2V2O3(s) △H2=－788.8kJ·mol-1，③V2O3(s)＋O2(g)=V2O5(s) △H3=－334.6kJ·mol-1；由盖斯定律可知，①×2＋②＋③×2得反应4V(s)＋5O2(g)=2V2O5(s)；

(2)V2O5中钒元素化合为＋5价，而水解过程没有发生氧化还原反应，不涉及化合价的改变；VOCl3的水解后产物除V2O5外，还有HCl，结合原子守恒即可得水解反应的化学方程式；

(3)铝是活泼金属，高温条件下能和五氧化二钒发生铝热反应生成单质钒和氧化铝，结合电子守恒和原子守恒可得发生反应的化学方程式；

(4)①列三段式计算：

则500℃时，反应的平衡常数K＝，若平衡常数增大，则平衡正向移动，再结合升高温度平衡向吸热反应方向移动分析；

②要使的值减小，则平衡左移，结合影响平衡的因素，逐一分析判断即可；

(5)酸性条件下，V2O5和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成可溶性的VOSO4，结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒即可写出发生反应的离子方程式。

(1)已知：①2V(s)＋O2(g)=2VO(s) △H1=－825.6kJ·mol-1，②4VO(s)＋O2(g)=2V2O3(s) △H2=－788.8kJ·mol-1，③V2O3(s)＋O2(g)=V2O5(s) △H3=－334.6kJ·mol-1，由盖斯定律可知，①×2＋②＋③×2得反应4V(s)＋5O2(g)=2V2O5(s)，则△H4＝2△H1＋△H2＋2△H3＝−3109.2 kJ•mol−1；

(2)水解过程没有发生氧化还原反应，不涉及化合价的改变，故VOCl3中V的化合价为＋5价，水解后产物除V2O5外，还有HCl，配平反应的化学方程式为2VOCl3＋3H2O=V2O5＋6HCl；

(3)铝是活泼金属，高温条件下能和五氧化二钒发生铝热反应生成单质钒和氧化铝，反应的化学方程式为3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3；

(4)①列三段式计算可知，平衡时容器内SO2浓度为0.1 mol•L−1，O2浓度为0.05 mol•L−1，SO3浓度为0.1 mol•L−1，可得平衡常数K＝＝＝20，若K增大为50，则平衡正向移动，由于反应的焓变为负值，故温度应降低，该温度小于500℃；

②要使的值减小，则平衡左移；

A．升温可以使平衡向逆反应的方向移动，故A正确；

B．再充入2 mol He，因容器容积不变，不影响物质浓度，故平衡不移动，比值不变，故B错误；

C．再充入2 mol SO2和1 mol O2，会使容器内压强增大，平衡正向移动，比值增大，故C错误；

D．更高效的催化剂只能加快反应速率，对平衡没有影响，比值不变，故D错误；

故答案为：A；

(5)酸性条件下，V2O5和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成可溶性的VOSO4，根据酸性环境与得失电子守恒可写出：V2O5＋SO32−＋4H＋=2VO2＋＋SO42−＋2H2O。