Question

5．釩的化合物常用于制作催化劑和新型電池．回答下列問題：
（1）金屬釩可由鋁熱反應制得．已知25℃、101kPa時，
4A1（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃ （s）△H₁=a kJ•mol^-1
4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H₂=b kJ•mol^-1
則用鋁熱反應冶煉金屬V（s）的熱化學方程式為10Al（s）+3V₂O₅（s）═5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=（2.5a-l.5b）kJ•mol^-1 ．
（2）V₂O₅為橙黃至磚紅色固體，無味、有毒，微溶于水，是許多有機和無機反應的催化劑．圖1表示的是25℃時，部分含釩微粒的存在形式、濃度和存在的pH范圍（其余可溶性微粒均未標出），圖中“[V]”表示含釩微粒的濃度，虛線表示[V]或pH的范圍尚未準確確定．

①V₂O₅溶于足量2mol•L^-1NaOH溶液中，發(fā)生反應的離子方程式為V₂O₅+6OH^-═2VO₄^3-+3H₂O，向反應后的溶液中，滴加硫酸溶液至過量（pH＜1）的過程中，開始溶液保持澄淸，滴加一段時間后，觀察到有橙黃色沉淀產(chǎn)生，繼續(xù)滴加硫酸溶液，沉淀又消失．則沉淀消失過程中發(fā)生反應的化學方程式為V₂O₅+H₂SO₄═（VO₂）₂SO₄+H₂O．
②上述滴加硫酸溶液的過程中，先后發(fā)生如圖2的反應：
則“X所示區(qū)域溶液中的離子”不可能是b（填序號）；
a．V₃O₉^3-b．V₄O₁₀^3-   c．V₄O₁₂^4-
（3）V₂O₅是反應2SO₂+O₂?2SO₃的催化劑．其他條件不變，加入V₂O₅后，該反應的速率加快的原因
是加入V₂O₅后，反應路徑發(fā)生改變，反應的活化能降低，反應速率加快；恒溫恒壓下，加人V₂O₅，該反應的平衡常數(shù)不變 （填“增大”、“減小”或“不變”）；
（4）圖3所示為可充電的全釩液流電池構造示意圖，該電池中的隔膜只允許H⁺通過．電池放電時，負極區(qū)溶液的pH將增大（填“增大”、“減小”或“不變”），電池充電時，陽極的電極反應式為VO²⁺-e^-+H₂O═VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①4A1（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃ （s）△H₁=a kJ•mol^-1
②4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H₂=b kJ•mol^-1
蓋斯定律計算，（①×5-②×3）×$\frac{1}{2}$得到用鋁熱反應冶煉金屬V（s）的熱化學方程式；
（2）①V₂O₅溶于足量2mol•L^-1NaOH溶液中生成Na₃VO₄和水；沉淀消失過程中發(fā)生反應是V₂O₅和硫酸反應生成（VO₂）₂SO₄和H₂O；
②上述滴加硫酸溶液的過程中，先后發(fā)生如圖2的反應，結合圖象中微粒存在的PH分析判斷；
（3）催化劑降低反應的活化能加快反應速率；平衡常數(shù)隨溫度變化；
（4）釩液流電池放電時負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，充電時，陽極發(fā)生氧化反應．

解答 解：（1）①4A1（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃ （s）△H₁=a kJ•mol^-1
②4V（s）+5O₂（g）=2V₂O₅（s）△H₂=b kJ•mol^-1
蓋斯定律計算，（①×5-②×3）×$\frac{1}{2}$得到用鋁熱反應冶煉金屬V（s）的熱化學方程式為：10Al（s）+3V₂O₅（s）═5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=（2.5a-l.5b）kJ•mol^-1 ，
故答案為：10Al（s）+3V₂O₅（s）═5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=（2.5a-l.5b）kJ•mol^-1；
（2）①圖可知堿性條件下，以VO₄^3-存在，V₂O₅溶于足量2mol•L^-1NaOH溶液中生成Na₃VO₄和水，反應的離子方程式為：V₂O₅+6OH^-═2VO₄^3-+3H₂O，沉淀消失過程中發(fā)生反應是V₂O₅和硫酸反應生成（VO₂）₂SO₄和H₂O，反應的化學方程式為：V₂O₅+H₂SO₄═（VO₂）₂SO₄+H₂O，
故答案為：V₂O₅+6OH^-═2VO₄^3-+3H₂O；V₂O₅+H₂SO₄═（VO₂）₂SO₄+H₂O；
②上述滴加硫酸溶液的過程中，先后發(fā)生如圖2的反應：H₂VO₄^-縮水后，V的化合價不變，則“X所示區(qū)域溶液中的離子”不可能是V₄O₁₀^3-，選b，
故答案為：b；
（3）V₂O₅是反應2SO₂+O₂?2SO₃的催化劑．其他條件不變，加入V₂O₅后，該反應的速率加快的原因是：加入V₂O₅后，反應路徑發(fā)生改變，反應的活化能降低，反應速率加快，平衡常數(shù)只隨溫度變化，恒溫恒壓下，加人V₂O₅，該反應的平衡常數(shù)不變，
故答案為：加入V₂O₅后，反應路徑發(fā)生改變，反應的活化能降低，反應速率加快；不變；
（4）釩液流電池放電時負極發(fā)生氧化反應，據(jù)圖可知，電極反應式為V²⁺-e^-=V³⁺，氫離子移向正極，正極發(fā)生還原反應，負極區(qū)溶液PH增大，充電時，陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式為VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺；
故答案為：增大；VO²⁺-e^-+H₂O═VO₂⁺+2H⁺．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、圖象分析判斷、反應離子方程式書寫、原電池和電解池原理等，主要是題干信息的分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．