Question

15．钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域．V₂O₅是接触法制硫酸的催化剂．
（1）一定条件下，SO₂ 与空气反应t min后，SO₂ 和SO₃物质的量浓度分别为a mol/L、b mol•L^-1，则SO₂ 起始物质的量浓度为a+bmol/L；生成SO₃的化学反应速率为$\frac{b}{t}$mol/L．
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的，其装置原理如图：

①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O．
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由绿色变为紫色．
③放电过程中氢离子的作用是参与正极反应和通过交换膜定向移动使溶液成电中性；充电时若转移的电子数为3.01×10²³个，左槽溶液中n（H⁺）的变化量为0.5mol．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫和氧气反应方程式为2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），开始时没有SO₃，根据方程式知，反应c（SO₂）_（消耗）=c（SO₃）_（生成）=bmol/L，则SO₂ 起始物质的量浓度=c（SO₂）_（消耗）+c（SO₂）_（剩余）=生成v（SO₃）=$\frac{△c}{△t}$；
（2）①左槽溶液逐渐由黄变蓝，VO₂⁺转变为VO²⁺，发生还原反应，应为原电池的正极，
②充电过程中，右槽连接电源的负极，发生还原反应，为电解池的阴极，电极反应式为V³⁺+e^-=V²⁺，
③充电时，左槽发生的反应为VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺当转移电子为3.01×10²³个即为0.5 mol电子时，生成氢离子为0.5 mol．

解答 解：（1）二氧化硫和氧气反应方程式为2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），开始时没有SO₃，根据方程式知，反应c（SO₂）_（消耗）=c（SO₃）_（生成）=bmol/L，则SO₂ 起始物质的量浓度=c（SO₂）_（消耗）+c（SO₂）_（剩余）=bmol/L+amol/L=（a+b）mol/L；
生成v（SO₃）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{bmol/L}{tmin}$=$\frac{b}{t}$mol/L，
故答案为：a+b；$\frac{b}{t}$；
（2）①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，说明此时为原电池，且为原电池的正极，故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充电过程中，右槽连接的是电源负极，为电解池的阴极，电极反应式为V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺为绿色，V²⁺为紫色，
故可以看到右槽溶液颜色逐渐由绿色变为紫色．
故答案为：绿；紫；
③放电过程中，电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氢离子的作用是充电时，参与正极反应，通过交换膜定向移动使溶液成电中性；左槽发生的反应为VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，当转移电子为3.01×10²³个即为0.5 mol电子时，生成氢离子为0.5mol；氢离子变化0.5mol；
故答案为：参与正极反应；通过交换膜定向移动使溶液成电中性；0.5mol．

点评 本题考查化学平衡计算、原电池和电解池原理，为高频考点，侧重考查学生分析判断能力，难点是电极反应式的书写，注意结合电解质溶液酸碱性书写，题目难度不大．