Question

2．金屬釩及其化合物有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有如下回收利用含釩催化劑[含有V₂O₅、VOSO₄（強(qiáng)電解質(zhì)）及不溶性殘?jiān)黓的工藝的主要流程：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如表所示：

物質(zhì)	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4	HVO3
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶	難溶

請回答下列問題：
（1）工業(yè)上常用鋁熱反應(yīng)由V₂O₅冶煉金屬釩，化學(xué)方程式為3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V．
（2）反應(yīng)①、②、③、④中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是①②（填序號），寫出反應(yīng)①的離子方程式V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O．操作1、操作2用到的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒、漏斗．
（3）反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，圖2是反應(yīng)溫度與沉釩率的關(guān)系圖，則控制溫度的方法是將反應(yīng)容器置于80℃的水浴中．

（4）反應(yīng)④在焙燒過程中隨溫度的升高發(fā)生了兩步反應(yīng)．已知234gNH₄VO₃固體質(zhì)量的減少值△W隨溫度（T）變化的曲線如圖3．試寫出300℃～350℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式2HVO₃ $\frac{\underline{\;300°C-350°C\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O．
（5）全釩電池的電解質(zhì)溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺$?_{充電}^{放電}$VO²⁺+H₂O+V³⁺．電池充電時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 廢釩催化劑粉碎、水浸，將溶解性物質(zhì)溶于水，然后過濾得到濾渣和濾液，根據(jù)溶解性表知，濾液中含有VOSO₄，濾渣中含有V₂O₅等不溶性雜質(zhì)，向?yàn)V渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V₂O₅還原為VOSO₄，然后過濾得到濾渣和濾液，將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO₄氧化為（VO₂）₂SO₄，調(diào)節(jié)溶液pH為8且采用離子交換方法得到VO₃^-，向溶液中加入氯化銨，得到難溶性的NH₄VO₃，焙燒NH₄VO₃得到V₂O₅，
（1）工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，鋁和五氧化二釩在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)生成V，根據(jù)反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件書寫方程式；
（2）反應(yīng)過程中元素化合價(jià)變化的為氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)①發(fā)生的反應(yīng)是亞硫酸鈉具有還原性，能將V₂O₅還原為VOSO₄，操作1、操作2是過濾操作，據(jù)此判斷用到的玻璃儀器；
（3）該工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，銨根離子和VO₃^-反應(yīng)生成難溶性的NH₄VO₃，根據(jù)圖知，在80℃時(shí)沉降率最，圖象可知沉釩率在80°C最高；
（4）NH₄VO₃在焙燒變化的圖象和質(zhì)量變化分析判斷，根據(jù)NH₄VO₃在焙燒變化的圖象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g                    34g            18g
減少值開始為0～17g，曲線到200℃時(shí)（約為16.0g）曲線開始平直；到約為300℃時(shí)又開始減少（H₂O的質(zhì)量），到350℃時(shí)減少24g時(shí)就不再變化；
（5）電池充電時(shí)陽極上VO²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

解答 解：（1）工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，鋁和五氧化二釩在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)生成V，根據(jù)反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件知，該反應(yīng)方程式為3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V，
故答案為：3V₂O₅+10Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5Al₂O₃+6V；
（2）反應(yīng)①、②、③、④中，反應(yīng)①是向?yàn)V渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸，亞硫酸鈉具有還原性，能將V₂O₅還原為VOSO₄，反應(yīng)②發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能將VOSO₄氧化為（VO₂）₂SO₄，為氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)③調(diào)節(jié)溶液pH為8且采用離子交換方法得到VO₃^-，向溶液中加入氯化銨，得到難溶性的NH₄VO₃，屬于復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)④是焙燒NH₄VO₃得到V₂O₅，元素化合價(jià)未變不是氧化還原反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)為①②，反應(yīng)①的離子方程式為：V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O，操作1、操作2是過濾操作，用到的玻璃儀器是：燒杯、玻璃棒、漏斗，
故答案為：①②；V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；燒杯、玻璃棒、漏斗；
（3）該工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關(guān)鍵之一，銨根離子和VO₃^-反應(yīng)生成難溶性的NH₄VO₃，離子方程式為NH₄⁺+VO₃^-=NH₄VO₃↓，根據(jù)圖知，在80℃時(shí)沉降率最大，控制溫度的方法是：將反應(yīng)容器置于80℃的水浴中，
故答案為：將反應(yīng)容器置于80℃的水浴中；
（4）根據(jù)NH₄VO₃在焙燒變化的圖象可知：
2NH₄VO₃═V₂O₅+2NH₃↑+H₂O
234g                     34g       18g
減少值開始為0～17g，曲線到200℃時(shí)（約為16.0g）曲線開始平直；到約為300℃時(shí)又開始減少（H₂O的質(zhì)量），到350℃時(shí)減少24g時(shí)就不再變化，所以NH₄VO₃在焙燒過程中200℃時(shí)左右先失去氨生成HVO₃；HVO₃在300～350℃再失去水生成V₂O₅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HVO₃$\frac{\underline{\;300°C-350°C\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O，
故答案為：2HVO₃$\frac{\underline{\;300°C-350°C\;}}{\;}$V₂O₅+H₂O
（5）全礬液流電池的電解質(zhì)溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂⁺+V²⁺+2H⁺$?_{充電}^{放電}$VO²⁺+H₂O+V³⁺．電池充電時(shí)陽極上VO²⁺失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺，
故答案為：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的分離和提純，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)方程式的書寫、原電池和電解池原理等知識點(diǎn)，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)基本操作，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．