Question

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图a：

回答下列问题：
（1）①中废渣的主要成分是

 

．
（2）完成④中反应的离子方程式：

 

ClO₃^-+

 

VO²⁺+

 

H⁺=

 

VO³⁺+

 

（

 

）+

 

（

 

）
（3）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
钒沉淀率/%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为

 

；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）₃沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜

 

．（已知：25℃时，K_sp（Fe（OH）₃）=2.6×10^-39）
（4）全矾液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置（如图b所示，a、b均为惰性电极），已知：全矾液流电池的工作原理为：
VO₂⁺+V²⁺+2H⁺   

放电

充电

  VO²⁺+H₂O+V³⁺
V²⁺为紫色，V³⁺为绿色，VO²⁺为蓝色，VO₂⁺为黄色．则：
①放电过程中，当转移1.0mol电子时共有1.0mol H⁺从

 

槽迁移进

 

槽（填“左”、“右”）
②当充电时，右槽溶液颜色由

 

色变为

 

色．

Answer 1

分析：（1）废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅；
（2）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平得到离子方程式；
（3）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.6，此时钡沉淀率达到最大，需要调节的pH较小；依据沉淀溶度积计算分析；
（4）①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；
②充电过程是电解池的工作原理，阳极上发生失电子的氧化反应，右槽中是阴极反应，发生失去电子的氧化反应；

解答：解：（1）废钒催化剂（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反应，二氧化硅不与酸反应，过滤得到滤渣为二氧化硅，
故答案为：SiO₂；
（2）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒原子守恒分析配平，ClO₃^-中氯元素化合价从+5价变化为-1价，得到电子6，VO²⁺变化为VO³⁺、元素化合价从+4价变化为+5价失电子1，依据电子守恒、原子守恒配平得到离子方程式为：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O；
故答案为：1；6；6；6；1，Cl^-；3；H₂O；
（3）根据表中数据判断，⑤中加入氨水，调节溶液pH最佳值为1.7，此时钡沉淀率达到最大，需要调节的PH较小；若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）₃沉淀，此时PH=2，氢离子浓度=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，则溶液中c（Fe³⁺）浓度依据溶度积计算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，计算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol/L，不产生Fe（OH）₃沉淀，则溶液中c（Fe³⁺）＜4.0×10^-2mol/L，
故答案为：1.7；2.6×10^-3mol/L；
（4）①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：右，左；
②充电过程中，a极是电解池的阳极，充电时和电源的正极相接，该极上发生失电子的氧化反应，充电时，右槽是电解池的阴极，该极上发生得电子的还原反应，应该是V³⁺为绿色变化为V²⁺为紫色，绿色变为紫色；
故答案为：绿、紫；

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，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等．