Question

【題目】釩（V）為過渡元素，可形成多價(jià)態(tài)化合物，全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能系統(tǒng)，工作原理如下圖：

已知：

離子種類	VO2+	VO2+	V3+	V2+
顏色	黃色	藍(lán)色	綠色	紫色

（1）全釩液流電池放電時(shí)V2+發(fā)生氧化反應(yīng)，該電池放電時(shí)總反應(yīng)式是_______

（2）當(dāng)完成儲(chǔ)能時(shí)，正極溶液的顏色是 __________

（3）質(zhì)子交換膜的作用是_________

（4）含釩廢水會(huì)造成水體污染，對(duì)含釩廢水（除VO2+外，還含Fe3+等）進(jìn)行綜合處理可實(shí)現(xiàn)釩資源的回收利用，流程如下：

已知溶液酸堿性不同釩元素的存在形式不同：

釩的化合價(jià)	酸性	堿性
+4價(jià)	VO2+	VO(OH)3-
+5價(jià)	VO2+	VO43-

①濾液中釩元素的主要存在形式為_______

②濾渣在空氣中由灰白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色，用化學(xué)用語(yǔ)表示加入NaOH后生成沉淀的反應(yīng)過程_______________、____________。

③萃取、反萃取可實(shí)現(xiàn)釩的分離和富集，過程可簡(jiǎn)單表示為（HA為有機(jī)萃取劑）：

萃取時(shí)必須加入適量堿，其原因是 __________

④純釩可由熔鹽電解法精煉，粗釩（含雜質(zhì)）作____極。

Answer 1

【答案】V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O 黃色 阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流 VO(OH)3- Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動(dòng)，提高釩的萃取率 陽(yáng)極

【解析】

（1）B極是V2+失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成V3+，A極VO2+得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成VO2+，根據(jù)電極反應(yīng)式書寫總反應(yīng)式；

（2）儲(chǔ)能為充電過程，正極和外接電源正極相連，本身作陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為：VO2+- e-+H2O= VO2++2H+；

（3）質(zhì)子交換膜的作用是阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流；

（4）①由流程可知濾液為堿性且加入鐵粉后VO2+被還原為VO(OH)3-；

②Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 。

③分析平衡，，加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動(dòng)，提高釩的萃取率；

④電解法精煉釩，用粗釩作陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)。

（1）因?yàn)榉烹姇r(shí)，已知B極是V2+失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成V3+，所以A極會(huì)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為：VO2++e-+2H+=VO2++H2O，故電池放電時(shí)總反應(yīng)式是V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O，

故答案是：V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O；

（2）儲(chǔ)能為充電過程，正極和外接電源正極相連，本身作陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為：VO2+- e-+H2O= VO2++2H+，所以當(dāng)完成儲(chǔ)能時(shí)，正極溶液的顏色是黃色；

故答案是：黃色；

（3）由電池放電時(shí)總反應(yīng)式V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O可知，兩電極的物質(zhì)混合會(huì)發(fā)生反應(yīng)，故質(zhì)子交換膜的作用是阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流；

故答案是：阻隔氧化劑與還原劑，使氫離子通過形成電流；

（4）①根據(jù)表中信息，由流程可知濾液為堿性且加入鐵粉后VO2+被還原為VO(OH)3-，所以釩元素的主要存在形式為VO(OH)3-，

故答案是：VO(OH)3-；

②加入氫氧化鈉之后，由灰白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色，這是亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，反應(yīng)過程為Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3。

故答案為：Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓； 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3；

③分析平衡，，加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動(dòng)，提高釩的萃取率，

故答案為：加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動(dòng)，提高釩的萃取率；

④電解法精煉釩，用粗釩作陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，

故答案為：陽(yáng)極。