Question

【題目】釩（V）為過(guò)渡元素，可形成多價(jià)態(tài)化合物，在工業(yè)催化、新材料、新能源等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

（1）金屬釩熔點(diǎn)很高，可由鋁熱反應(yīng)制得。

已知25℃、101 KPa時(shí)

4A1（s）+3O2（g）═2Al2O3（s）△H1=akJmol-1

4V（s）+5O2（g）═2V2O5（s）△H2=bkJmol-1

則用鋁熱反應(yīng)冶煉金屬V（s）的熱化學(xué)方程式為______。

（2）全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲(chǔ)能系統(tǒng)，工作原理如圖所示：

查閱相關(guān)資料可知：

離子種類(lèi)	VO2+	VO2+	V3+	V2+
顏色	黃色	藍(lán)色	綠色	紫色

①該電池放電時(shí)，VO2+發(fā)生還原反應(yīng)，則正極的反應(yīng)式是______。

②當(dāng)完成儲(chǔ)能時(shí)，負(fù)極溶液的顏色為______。

③電池放電時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液的pH將______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

④用該釩電池在鐵制品上鍍銅，鐵制品應(yīng)與電池的______極（填“A“或“B“）相連。若電鍍開(kāi)始時(shí)兩電極質(zhì)量相等，電鍍一段時(shí)間后，兩電極質(zhì)量之差為128g，此時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為______。

Answer 1

【答案】10Al(s)＋3V2O5(s)=5Al2O3(s)＋6V(s) △H=(2.5a－1.5b)kJ·mol－1或（－）kJ·mol－1 VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O 紫色 增大 B 2mol

【解析】

(1)鋁熱反應(yīng)冶煉釩的化學(xué)方程式為10Al＋3V2O5=5Al2O3＋6V，根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(2)①VO2＋發(fā)生還原反應(yīng)，V得到電子，化合價(jià)降低，生成VO2＋，然后根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境寫(xiě)出電極反應(yīng)式；

②儲(chǔ)能是充電過(guò)程，電池負(fù)極與電源的負(fù)極相連，即該電極為陰極，應(yīng)是V3＋和V2＋之間的轉(zhuǎn)化，根據(jù)表中現(xiàn)象進(jìn)行分析；

③根據(jù)原電池工作原理，陽(yáng)離子從負(fù)極移向正極，進(jìn)行分析；

④電鍍，待鍍金屬作陰極，鍍層金屬作陽(yáng)極，根據(jù)兩極電極反應(yīng)式進(jìn)行計(jì)算；

(1) 鋁熱反應(yīng)冶煉釩的化學(xué)方程式為10Al＋3V2O5=5Al2O3＋6V，4Al（s）+3O2（g)=2Al2O3（s） ①，4V（s）+5O2（g）=2V2O5（s） ②，根據(jù)蓋斯定律，①－②，因此有10Al(s)＋3V2O5(s)=5Al2O3(s)＋6V(s) △H=(2.5a－1.5b)kJ·mol－1或（－）kJ·mol－1；

(2)①放電時(shí)，VO2＋發(fā)生還原反應(yīng)，說(shuō)明VO2＋得到電子，正極上得電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，即電極A為正極，電極B為負(fù)極，根據(jù)裝置圖，正極電極反應(yīng)式為VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O；

②儲(chǔ)能為充電過(guò)程，電池的負(fù)極與電源的負(fù)極相連，該電池B為陰極，電極反應(yīng)式為V3＋＋e－=V2＋，該電極溶液顏色為紫色；

③電池放電時(shí)，陽(yáng)離子從負(fù)極向正極移動(dòng)，即H＋從右移向左，負(fù)極區(qū)溶液c(H＋)減小，pH增大；

④鐵制品上鍍銅，鐵制品作陰極，銅作陽(yáng)極，因此鐵制品應(yīng)與電池的B極相連；陰極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu，陽(yáng)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，令轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為amol，陰極質(zhì)量增加，陽(yáng)極質(zhì)量減少，因此兩極質(zhì)量差為+=128g，解得a=2mol。