Question

【题目】钒是一种重要的金属材料，其用途之一是制备催化剂，如接触法生产硫酸中使用的催化剂(主要成分V2O5、V2O4)。利用废催化剂回收制备V2O5的工艺流程如下：

已知：20℃时，NH4VO3的Ksp=1.68×10－2

回答下列问题：

(1)步骤①为提高浸取效率采取的方法有___________(任写两条)

(2)步骤②中反应的氧化剂是___________。

(3)步骤③中ClO3－被还原为Cl－，该反应的离子方程式为__________。

(4)步骤④中，离子交换效率与pH的关系如右图，为提高交换效率应控制的pH范围是___________。

(5)步骤⑤所发生反应的离子方程式为___________。若母液中NH4+的浓度为1.0mol/L，则c(VO3－)=___________。

(6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、VO2+)为电极反应的活性物质。一种全钒电池原理如下图，放电时H+从右向左移动。写出充电时阳极的电极反应式___________，当转移0.1mol电子时，转移H+的物质的量为___________mol。

Answer 1

【答案】粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌等 Na2SO4 6VO2++ClO3-+180H-=6VO3-+Cl-+9H2O 68 NH4++VO3-=NH4VO3↓ 1.6810-2mol/L VO2++H2O-e-=VO2++2H+ 0.1

【解析】

(1)提高浸取的速率可以提高浸取的效率，因此，可采用增大接触面积（粉碎废催化剂）、升高浸取温度或搅拌等手段。答案：粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌等。
(2)步骤②中的反应方程式为:2V2O5+2Na2SO4=4NaVO3+2SO2↑+O2↑，根据化合价变化判断只有S，化合价降低，发生了还原反应，O：-20化合价升高了，发生了氧化反应，所以氧化剂为Na2SO4；答案：Na2SO4。
(3)分析参与氧化还原反应的离子，根据电子转移守恒配平，考虑反应条件为碱性环境，反应前加OH-,反应后生成水。即为:6VO2+十ClO3-十180H-=6VO3-+Cl-+9H20。
(4)从图中可知pH为68时交换效率最高。答案：68。
(5)由框图知，由NaVO3经沉钒得生成物NH4VO3知，此反应的离子反应方程式：NH4++ VO3- =NH4VO3↓，已知：20℃时，NH4VO3的Ksp=1.68×10－2，NH4+的浓度为1.0mol/L，代入溶度积常数的表达式c(NH4+)c(VO3-)=1.68×10－2，所以c(VO3-)=1.68×10－2mol/L。答案：1.68×10－2 mol/L。
(6)放电时H+从右向左移动，则充电时H+从左向右移动，表明电解池(充电时)的阳极为左泵、阴极为右泵，所以阳极反应为VO2++H2O-e-=VO2++2H+。答案：VO2++H2O-e-=VO2++2H+。
当外电路转移0.1mol电子时，根据电量守恒可知溶液中必转移0.1molH+。在阳极有0.1molVOSO4变为了0.05mol(VO2)2SO4+0.05molSO42-，产生的0.2molH+将有0.1mol匹配SO42-，0.1mol移向右泵(阴极)。答案：0.1