Question

【题目】钒的化合物常用于制作催化剂和新型电池。回答下列问题：

(1)金属钒可由铝热反应制得。已知25℃、101 kPa时，

4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s) △H1=a kJ·mol-1

4V(s) +5O2 (g)=2V2O5(s) △H2=b kJ·mol-1

则用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式为_____________________。

⑵V2O5为橙黄至砖红色固体，无味、有毒，微溶于水，是许多有机和无机反应的催化剂。下图表示的是25℃时，部分含钒微粒的存在形式、浓度和存在的pH范围(其余可溶性微粒均未标出），图中“[V]”表示含钒微粒的浓度，虚线表示[V]或pH的范围尚未准确确定。

①V2O5溶于足量2mol L-1NaOH溶液中，发生反应的离子方程式为_________________，向反应后的溶液中，滴加硫酸溶液至过量(pH<1)的过程中，开始溶液保持澄淸，滴加一段时间后，观察到有橙黄色沉淀产生，继续滴加硫酸溶液，沉淀又消失。则沉淀消失过程中发生反应的化学方程式为_______________。

②上述滴加硫酸溶液的过程中，先后发生如下反应：

则“X所示区域溶液中的离子”不可能是___________(填序号)；

a.V3O93- b.V4O103- c. V4O124-

(3)V2O5是反应2SO2+O22SO3的催化剂。其他条件不变，加入V2O5后，该反应的速率加快的原因是_______________；恒温恒压下，加人V2O5，该反应的平衡常数________________ (填“增大”、 “减小”或“不变”)；

(4)下图所示为可充电的全钒液流电池构造示意图，该电池中的隔膜只允许H+通过。电池放电时，负极区溶液的pH将_____________(填“增大”、“减小”或“不变”)，电池充电时，阳极的电极反应式为_____________________。

Answer 1

【答案】 10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s) ΔH=(2.5a－l.5b)kJ·mol-1 V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O V2O5+H2SO4═(VO2)2SO4+H2O b 加入V2O5后，反应路径发生改变，反应的活化能降低，反应速率加快 不变 增大 VO2+-e-+H2O═VO2++2H+

【解析】(1)金属钒可由铝热反应制得。已知25℃、101 kPa时，

①4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s) △H1=a kJ·mol-1

②4V(s) +5O2 (g)=2V2O5(s) △H2=b kJ·mol-1

根据盖斯定律，（①×5-②×3）/2，则用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式为10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s) ΔH=(2.5a－l.5b)kJ·mol-1

⑵①由图可知，在碱性条件下，以VO43-形式存在，V2O5溶于足量2mol L-1NaOH溶液中，发生反应的离子方程式为V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O；沉淀消失过程中发生反应的化学方程式为V2O5+H2SO4═(VO2)2SO4+H2O；②H2VO4―缩水后，V的化合价不变，所以不可能的是V4O102― ；(3)加入V2O5后，该反应的速率加快的原因是反应路径发生改变，反应的活化能降低，反应速率加快。反应温度不变，平衡常数不变；(4)原电池中H＋ 带正电，移向正极，故负极区溶液的pH将增大；电池充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为VO2+-e-+H2O═VO2++2H+。