Question

【题目】钒是一种重要的合金元素,还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO2、Al2O3及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下:

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表:

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

请回答下列问题:

（1）反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有______。

（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是______（写化学式）。

（3）反应④的离子方程式为__________。

（4）25 ℃、101 kPa时,4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)　ΔH1= —a kJ·mol-1，4V(s)+5O2(g)2V2O5(s)　ΔH2=—b kJ·mol-1。用V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是___________。

（5）钒液流电池（如下图所示）具有广阔的应用领域和市场前景,该电池中隔膜只允许H+通过。电池放电时负极的电极反应式为_______,电池充电时阳极的电极反应式是________。

Answer 1

【答案】 VO2+、 Al3+ Al(OH)3 NH4++VO3- NH4VO3↓（ 10Al(s)+3V2O5(s)5Al2O3(s)+6V(s)ΔH=— kJ·mol-1 V2+-e-V3+ VO2+-e-+H2OVO2++2H+

【解析】流程分析：含钒固体废弃物（含有SiO2、Al2O3及其他残渣），要提取钒，则要除去Si、Al等残渣。步骤①培烧后，用硫酸溶解，生成(VO2)2SO4和Al2(SO4)3，SiO2等不溶性杂质过滤可除去；步骤②是用碳酸钠溶液与(VO2)2SO4和Al2(SO4)3反应，与(VO2)2SO4反应生成NaVO3，碳酸根离子与铝离子水解相互促进生成Al(OH)3沉淀；步骤④是NaVO3溶液与氯化铵反应生成NH4VO3沉淀；步骤⑤加热NH4VO3分解为V2O5。

（1）用硫酸溶解，生成(VO2)2SO4和Al2(SO4)3，溶液中的阳离子除氢离子外还有VO2+、 Al3+。

故答案为：VO2+、Al3+；

（2）用碳酸钠溶液碱浸含杂质的(VO2)2SO4溶液，生成含杂质的NaVO3溶液，碳酸根离子与Al3+水解相互促进生成Al(OH)3沉淀，所以反应②碱浸后滤出的固体主要成分是Al(OH)3。

故答案为：Al(OH)3；

（3）步骤④是NaVO3溶液与氯化铵反应生成NH4VO3沉淀，离子方程式为NH4++VO3-=NH4VO3↓；

（4）已知①4Al(s)+3O2(g)═2Al2O3(s)△H1=a kJ/mol

②4V(s)+5O2(g)═2V2O5(s)△H2=b kJ/mol

据盖斯定律,(①×5②×3)÷2得：10Al(s)+3V2O5(s)= 5Al2O3(s)+6V(s) △H=kJ/mol；

（5）钒液流电池放电时负极，失电子，化合价升高，发生氧化反应，应为V2+→V3+，故电极反应式为V2+-e-=V3+；充电时，原正极变阳极，阳极失电子，化合价升高，发生氧化反应，应为：VO2+→VO2+，电极反应式为VO2+-e-+H2O=VO2++2H+。

故答案为：V2+-e-=V3+ ；VO2+-e-+H2O=VO2++2H+。