Question

【題目】金屬釩及其化合物有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有如下回收利用含釩催化劑[含有V2O5、VOSO4（強(qiáng)電解質(zhì)）及不溶性殘?jiān)黓的工藝的主要流程：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下表所示：

物質(zhì)	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4	HVO3
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶	難溶

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）工業(yè)上常用鋁熱反應(yīng)由V2O5冶煉金屬釩，化學(xué)方程式為__________。

（2）反應(yīng)①、②、③、④中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是__________（填序號(hào)），寫(xiě)出反應(yīng)①的離子方程式____。操作1、操作2用到的玻璃儀器是___________。

（3）反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，下圖是反應(yīng)溫度與沉釩率的關(guān)系圖，則控制溫度的方法是_____________。

（4）反應(yīng)④在焙燒過(guò)程中隨溫度的升高發(fā)生了兩步反應(yīng)。已知234gNH4VO3固體質(zhì)量的減少值△W隨溫度（T）變化的曲線如圖。試寫(xiě)出300℃~350℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式___________。

（5）全釩電池的電解質(zhì)溶液為VOSO4溶液，電池的工作原理為VO2++V2++2H+VO2++H2O+V3+。電池充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為____________。

Answer 1

【答案】3V2O5+10Al5Al2O3+6V①②V2O5+SO32－+4H+=2VO2++SO42－+2H2O燒杯、玻璃棒、漏斗將反應(yīng)容器置于80℃的水浴中2HVO3V2O5+H2OVO2++H2O－e－=VO2++2H+

【解析】由流程圖：反應(yīng)①亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：V2O5+SO32－+4H＋=2VO2＋+SO42－+2H2O；反應(yīng)②含VOSO4的濾液1與主要成分是VOSO4濾液2混合后用氯酸鉀氧化，使VOSO4氧化成完全電離可溶于水的（VO2）2SO4，氯元素被還原為Cl－，離子方程式ClO3－+6VO2＋+3H2O=6VO2＋+6H＋+Cl－；反應(yīng)③根據(jù)NH4VO3難溶于水，利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀VO3－，離子方程式為：NH4＋+VO3－=NH4VO3↓；反應(yīng)④ 2HVO3V2O5+H2O 。

(1)鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁，鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁，反應(yīng)方程式為3V2O5+10Al5Al2O3+6V；

（2）由上述反應(yīng)①、②、③、④中，③、④反應(yīng)中沒(méi)有化合價(jià)變化，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是①、②，反應(yīng)①的離子方程式V2O5+SO32－+4H＋=2VO2＋+SO42－+2H2O；操作1、操作2是過(guò)濾，分離固體和液體，用到的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒、漏斗；

（3）反應(yīng)③的沉淀率由圖象可知在80℃時(shí)最高，控制80℃可將反應(yīng)容器置于80℃的水浴中 ；

（4）根據(jù)NH4VO3在焙燒變化的圖象可知：

2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O

234g 34g 18g

減少值開(kāi)始為0～17g，曲線到200℃時(shí)（約為16.0g）曲線開(kāi)始平直；到約為300℃時(shí)又開(kāi)始減少（H2O的質(zhì)量），到350℃時(shí)減少24g時(shí)就不再變化，所以NH4VO3在焙燒過(guò)程中200℃時(shí)左右先失去氨；NH4VO3=NH3＋HVO3，在300～350℃再失去水， 2HVO3V2O5+H2O；

（5）陽(yáng)極反應(yīng)式為：VO2++H2O－e－=VO2++2H+