Question

8．已知釩的化合物在水溶液中存在多種離子形式：V²⁺（紫色）、V³⁺（綠色）、VO²⁺（藍(lán)色）、VO₂⁺（淡黃色）、VO₄^3-（無色）、V₅O₁₄^3-（紅棕色）等．
（1）如果向酸性的VSO4溶液中滴加高錳酸鉀溶液，溶液出現(xiàn)的顏色變化是紫色→綠色Ⅰ→藍(lán)色→綠色Ⅱ→黃色．
①第一次出現(xiàn)綠色發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②第二次出現(xiàn)綠色時(shí)溶液中的主要陽離子是VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺
（2）向酸性淡黃色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，溶液會出現(xiàn)一定的顏色變化，最終變?yōu)闊o色．若向所得溶液中加入硫酸，則現(xiàn)象恰好相反．由給出的釩所形成的離子的信息可知，在調(diào)節(jié)PH過程中會出現(xiàn)紅棕 色，用離子方程式表示過程中出現(xiàn)該顏色的特征：5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O
（3）VO₂⁺加入氨水中可以得到NH₄VO₃．
①室溫下，NH₄VO₃在水中的Ksp曲線如圖1所示，則Ksp（NH₄VO₃）=3×10^-8

②熱重分析可探究化學(xué)變化的歷程，某研究小組取234g NH₄VO₃進(jìn)行探究，焙燒過程中減少的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖2所示，則B是HVO₃ （填化學(xué)式，后同），C是V₂O₅
（4）釩液流電池具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景．如圖3所示為電池充電時(shí)的部分工作原理，電池放電時(shí)負(fù)極是Y （填“X”或“Y”），電池充電時(shí)陽極的電極反應(yīng)式是VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①因?yàn)閂²⁺被酸性高錳酸鉀溶液氧化，第一次出現(xiàn)綠色，與V²⁺價(jià)態(tài)最接近的是V³⁺，KMnO₄被還原為Mn²⁺；
②第二次出現(xiàn)綠色是藍(lán)色和黃色混合后的顏色，溶液出現(xiàn)的顏色變化是紫色→綠色Ⅰ→藍(lán)色→綠色Ⅱ→黃色，結(jié)合離子顏色分析；
（2）向酸性淡黃色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)PH，V元素的化合價(jià)不變，隨著PH的增大，H⁺被中和，V元素結(jié)合O元素的比例增大，可能出現(xiàn)的含釩的離子除VO₂⁺（淡黃色）與VO₄^3-（無色）之外，還有V₅O₁₄^3-，只有V₅O₁₄^3-為紅棕色；
（3）①室溫下，由NH₄VO₃在水中的Ksp曲線可知，Ksp（NH₄VO₃）=c（NH₄⁺）•c（VO₃^-）計(jì)算；
②234g NH₄VO₃的物質(zhì)的量為2mol，A→B質(zhì)量減少34g，則減少的是2mol NH₃的質(zhì)量，故B為HVO₃，結(jié)合元素守恒計(jì)算判斷化學(xué)式；
（4）由題圖中電池充電時(shí)的部分工作原理可知，H⁺移向陰極區(qū)，即X是陽極，Y是陰極，故電池放電時(shí)Y是負(fù)極；電池充電時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)VO₂⁺（淡黃色）失電子生成VO²⁺（藍(lán)色）；

解答 解：（1）①因?yàn)閂²⁺被酸性高錳酸鉀溶液氧化，第一次出現(xiàn)綠色，與V²⁺價(jià)態(tài)最接近的是V³⁺，KMnO₄被還原為Mn²⁺，故反應(yīng)的離子方程式是：5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②第二次出現(xiàn)綠色是藍(lán)色和黃色混合后的顏色，故溶液中有VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺4種陽離子，
故答案為：VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺；
（2）向酸性淡黃色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)PH，V元素的化合價(jià)不變，隨著PH的增大，H⁺被中和，V元素結(jié)合O元素的比例增大，可能出現(xiàn)的含釩的離子除VO₂⁺（淡黃色）與VO₄^3-（無色）之外，還有V₅O₁₄^3-，只有V₅O₁₄^3-為紅棕色．注意調(diào)節(jié)PH，轉(zhuǎn)化是可逆的：5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O，
故答案為：紅棕；5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O；
（3）①室溫下，由NH₄VO₃在水中的Ksp曲線可知，Ksp（NH₄VO₃）=c（NH₄⁺）•c（VO₃^-）=3×10^-4×1×10^-4=3×10^-8，
故答案為：3×10^-8；
②234g NH₄VO₃的物質(zhì)的量為2mol，A→B質(zhì)量減少34g，則減少的是2mol NH₃的質(zhì)量，故B為HVO₃ ，再失重即變成釩的氧化物，234g-42g=192g，含氧原子的物質(zhì)的量是（192-2×51）g÷18g•mol^-1=5mol，故C是V₂O₅，
故答案為：HVO₃；V₂O₅；
（4）由題圖中電池充電時(shí)的部分工作原理可知，H⁺移向陰極區(qū)，即X是陽極，Y是陰極，故電池放電時(shí)Y是負(fù)極；電池充電時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是：VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺，
故答案為：Y；VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺；

點(diǎn)評 本題考查了氧化還原反應(yīng)原理、電極原理分析判斷、離子顏色變化和離子反應(yīng)過程分析應(yīng)用，注意題干信息的應(yīng)用和離子顏色變化判斷得到產(chǎn)物的離子方程式書寫，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．