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    9．从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下：


    （1）①中废渣的主要成分是SiO2．
    （2）②、③中的变化过程可简化为（下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取剂的主要成分）：R2（SO4）n（水层）+2n HA（有机层）   2RAn（有机层）+n H2SO4（水层）．
    ②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和产生的酸，平衡右移，提高钒的萃取率；
    ③中反萃取时加入的X试剂是硫酸．
    （3）完成④中反应的离子方程式：
    1ClO3-+6VO2++6H+═6VO3++1（Cl-）+3（H2O）
    （4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表
    pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1
    钒沉淀率/%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3
    试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为1.7；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3沉淀，则溶液中c（Fe3+）＜2.6×10-3．（已知：25℃时，Ksp（Fe（OH）3）=2.6×10-39．）
    （5）写出废液Y中除H+之外的两种阳离子：Fe3+、VO3+、NH4+、K+（任写两种即可）．
    （6）生产时，将②中的酸性萃余液循环用于①中的水浸．在整个工艺过程中，可以循环利用的物质还有有机萃取剂、氨水（或氨气）．
    （7）全矾液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置（如图所，a、b均为惰性电极），已知：V2+为紫色，V3+为绿色，VO2+为蓝色，VO2+为黄色．当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．则：

    ①全矾液流电池的工作原理为：
    VO2++V2++2H+ $?_{（）电}^{（）电}$ VO2++H2O+V3+
    （请在可逆符号两侧的括号中填“充”、“放”）
    ②放电过程中，a极的反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O；当有1.0mol电子时共有1.0mol H+从右槽迁移进左槽（填“左”、“右”）

    分析 废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），据物质的水溶性确定，V2O5和SiO2难溶于水，即为得到的滤渣亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，过滤得到滤渣为二氧化硅，强酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42-，加入有机萃取剂萃取分液得到有机溶液中VO2+，再加入X试剂进行反萃取分液，分离出有机层得到水层是含VO2+、Fe3+、SO42-的酸性水溶液，得到分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；加入硫酸抑制平衡正向进行，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，加入氨水，调节溶液pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙烧得到五氧化二钒．
    （1）上述分析可知滤渣A为二氧化硅；
    （2）反萃取时分析平衡，VOSO4 +（水层）+2HA2（有机层）?VOA2（有机层）+H2SO4（水层），为提高②中萃取百分率，则加入碱中和硫酸使平衡正移、多次连续萃取，反萃取加入硫酸；
    （3）依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒、原子守恒配平书写离子方程式；
    （4）从沉淀率和pH关系找出最佳沉淀率，若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3，沉淀，此时溶液PH=2，计算氢氧根离子浓度，结合溶度积常数计算溶液中铁离子的浓度；
    （5）依据流程反应分析判断，废液Y中除H+之外的阳离子为Fe3+、VO2+、NH4+、K+；
    （6）从流程图分析循环的物质，③中有机萃取剂用于②中萃取，⑥中氨气用于⑤中调节pH；
    （7）当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．说明右槽V3+生成V2+，说明充电时右槽为阴极，左槽为阳极，则放电时左槽为正极，右槽为负极，放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-e-=V3+的反应．

    解答 解：废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），据物质的水溶性确定，V2O5和SiO2难溶于水，即为得到的滤渣亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，过滤得到滤渣为二氧化硅，强酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42-，加入有机萃取剂萃取分液得到有机溶液中VO2+，再加入X试剂进行反萃取分液，分离出有机层得到水层是含VO2+、Fe3+、SO42-的酸性水溶液，得到分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；加入硫酸抑制平衡正向进行，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，加入氨水，调节溶液pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙烧得到五氧化二钒．
    （1）上述分析可知①中废渣的主要成分是二氧化硅，故答案为：SiO2；
    （2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行，可以加入硫酸抑制平衡正向进行，
    故答案为：加入碱中和产生的酸，平衡右移，提高钒的萃取率；硫酸；
    （3）ClO3-中氯元素化合价+5价变化为-1价，VO2+变化为VO3+，V元素化合价+4价变化为+5价，电子守恒VO2+和VO3+ 的系数为6，ClO3-中和Cl-前系数为1，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为：ClO3-+6VO2++6H+=6VO3++Cl-+3H2O，
    故答案为：1；6； 6；6；1 Cl-；3 H2O；
    （4）从沉淀率和pH关系可知，随pH增大，沉淀率先增大后减小，故沉淀率最大的pH即为最佳pH，pH=1.7时钒的沉淀率最大为98.8%，加入氨水调节溶液的最佳pH为为1.7，若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3，沉淀，此时溶液PH=2，计算氢氧根离子浓度c（OH-）=10-12mol/L，k[Fe（OH）3]=2.6×10-39=c（Fe3+）c3（OH-），c（Fe3+）=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-12}）^{3}}$=2.6×10-3mol/L，
    故答案为：1.7；2.6×10-3；
    （5）依据流程反应分析，加入的试剂在反应过程中生成的离子为，除H+之外的阳离子为Fe3+、VO22+、NH4+、K+，
    故答案为：Fe3+、VO3+、NH4+、K+（任写两种即可）；
    （6）从流程图可知，③中有机萃取剂用于②中萃取，⑥中氨气用于⑤中调节pH，故答案为：有机萃取剂、氨水（或氨气）；
    （7）①当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．说明右槽V3+生成V2+，说明充电时右槽为阴极，左槽为阳极，则放电时左槽为正极，右槽为负极，放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-e-=V3+的反应，反应可表示为VO2++V2++2H+ $?_{充电}^{放电}$VO2++H2O+V3+，
    故答案为：放/充； 
    ②放电过程中，a极为正极，发生VO2++2H++e-═VO2++H2O，根据题意，放电时左槽溶液颜色由黄色变为蓝色，即VO2++2H++e-═VO2++H2O，发生得电子的还原反应，所以此电极是正极，质子交换膜是允许氢离子通过的隔膜，放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-e-=V3+的反应，当转移1.0mol电子时共有1.0mol H+从右槽移进左槽．
    故答案为：VO2++2H++e-=VO2++H2O；右；左．

    点评 本题考查了流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，为高频考点，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，题目还涉及氧化还原反应配平、溶度积计算、题干信息分析判断能力，注意把握实验方法，题目难点较大．

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    （1）X、Y、Z三种元素的名称X氢Y氧，Z氯
    （2）写出的④化学反应方程式为：Cl2+H2O?HCl+HClO．
    ⑤的化学反应方程式为：2Fe+3Cl2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2FeCl3．

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    2Cl2+2Na2CO3+H2O═2NaHCO3+2NaCl+1Cl2O
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    限选实验试剂和仪器：蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、Ba（OH）2溶液、AgNO3溶液、澄清石灰水、试管、小烧杯、带导管的橡皮塞、过滤装置．
    实验步骤现象和结论
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