Question

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并被譽(yù)為“合金的維生素”．為了回收利用含釩催化劑（V₂O₅、VOSO₄及不溶性雜質(zhì)），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝．該工藝的主要流程如圖所示：

已知：部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性：

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

請(qǐng)回答下列問題：
（1）由V₂O₅冶煉金屬釩采用鋁熱劑法，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）V₂O₅通常用作為反應(yīng)2SO₂+O₂?2SO₃的理想催化劑，其催化的機(jī)理可能是加熱時(shí)可逆地失去氧的原因，其過程可用兩個(gè)化學(xué)方程式表示：

 

、4V+5O₂?2V₂O₅．
（3）反應(yīng)①的目的是

 

．
（4）將濾液1與濾液2混合后用氯酸鉀氧化，氯元素被還原為最低價(jià)，其反應(yīng)的離子方程式為：

 

．
（5）反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)系步驟，沉釩必須控制合適的溫度和pH，觀察1圖，沉釩的最適宜條件是

 

（填字母代號(hào)）．

A．pH 2.0～2.5，95℃B．pH 4.0～4.5，85℃
C．pH 4.5～5.0，85℃D．pH 3.0～3.5，75℃
（6）反應(yīng)④在NH₄VO₃的焙燒過程中，固體質(zhì)量的減少值（縱坐標(biāo)）隨溫度變化的曲線如2圖所示，則其分解過程中

 

（填字母代號(hào)）．
A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃      B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同時(shí)分解失去H₂O和NH₃             D．同時(shí)分解失去H₂和N₂和H₂O
（7）鋰釩氧化物（Li-V₂O₅）非水電池的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他材料電池，其總反應(yīng)式為xLi+V₂O₅═LixV₂O₅，則該電池工作時(shí)的正極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：金屬的回收與環(huán)境、資源保護(hù),化學(xué)電源新型電池,物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：實(shí)驗(yàn)題,電化學(xué)專題

分析：（1）鋁熱反應(yīng)實(shí)質(zhì)是置換反應(yīng)，鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁；
（2）根據(jù)反應(yīng)物和生成物確定反應(yīng)的歷程；
（3）由題意和流程圖可知反應(yīng)①的目的，將V₂O₅ 轉(zhuǎn)化為可溶性的VOSO₄，便于分離提純；
（4）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氧化成可溶于水完全電離的（VO₂）₂SO₄，氯元素被還原為Cl^-，從而根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)寫出離子方程式；
（5）根據(jù)圖1分析坐標(biāo)系中的表示含義，看圖沉礬率最大．
（6）根據(jù)NH₄VO₃在焙燒變化的圖象進(jìn)行解答．
（7）放電時(shí)，該原電池中鋰失電子而作負(fù)極，V₂O₅得電子而作正極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，陽離子向正極移動(dòng)．

解答： 解：（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+10Al 6V+5Al₂O₃
故答案為：3V₂O₅+10Al

高溫  .

6V+5Al₂O₃
（2）V₂O₅氧化SO₂時(shí)，自身被還原為四價(jià)釩化合物；四價(jià)釩化合物再被氧氣氧化，則反應(yīng)的相關(guān)方程式為SO₂+V₂O₅=SO₃+2VO₂；4VO₂+O₂=2V₂O₅，
故答案為：5SO₂+V₂O₅=5SO₃+2V；
（3）加入硫酸和亞硫酸鈉，目的是利用氧化還原反應(yīng)，用亞硫酸鈉還原V₂O₅，將V₂O₅ 轉(zhuǎn)化為可溶性的VOSO₄，便于提純，
故答案為：將V₂O₅轉(zhuǎn)化為可溶性的VOSO₄；
（4）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^-，根據(jù)化合價(jià)的升降寫出離子離子方程式．
故答案為：C1O₃^-+6VO²⁺+3H₂O=6VO₂⁺+6H⁺+C1^-；
（5）根據(jù)圖1分析坐標(biāo)系中的表示含義，看圖沉礬率最大在pH 2.0～2.5，95℃；
故答案為：A；
（6）根據(jù)NH₄VO₃在焙燒變化的圖象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g          34g  18g
減少值開始為0～17g，曲線到200℃時(shí)（約為16.0g）曲線開始平直；到約為300℃時(shí)又開始減少（H₂O的質(zhì)量），到350℃時(shí)減少24g時(shí)就不再變化，所以NH₄VO₃在焙燒過程中200℃時(shí)左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案為：B
（7）V₂O₅得電子而作正極，正極上電極反應(yīng)式為：V₂O₅+xe^-+xLi⁺=LixV₂O₅，
故答案為：V₂O₅+xe^-+xLi⁺=LixV₂O₅

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制硫酸的流程，設(shè)備選擇，反應(yīng)條件的選擇應(yīng)用，化學(xué)平衡的基本計(jì)算，催化劑中釩元素的回收利用原理和流程分析，關(guān)鍵是審題的全面性和圖象的分析能力．