Question

【題目】釩是一種熔點很高的金屬，具有良好的可塑性和低溫抗腐蝕性，有延展性、硬度大，無磁性。廣泛應(yīng)用于鋼鐵、航空航天、能源、化工等領(lǐng)域。工業(yè)上常用釩爐渣(主要含FeOV2O3，還有少量SiO2、P2O5等雜質(zhì))提取V2O5的流程如圖：

(1)焙燒的目的是將FeOV2O3轉(zhuǎn)化為可溶性NaVO3，其中鐵元素全部轉(zhuǎn)化為+3價，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 _________________________________

(2)加MgSO4溶液的步驟中，濾渣的主要成分是_____________（用化學(xué)式表示)。

(3)沉釩過程中的發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________，得到的固體物質(zhì)往往需要洗滌，寫出實驗室洗滌NH4VO3沉淀的操作方法_______________。

(4)元素釩在溶液中還可以 以V2＋(紫色)、V3＋(綠色)、VO2＋(藍(lán)色)、VO2＋(黃色)等形式存在．某利用釩元素微粒間的反應(yīng)來設(shè)計的可充電電池的工作原理如圖示,已知溶液中還含有1 mol 硫酸，請回答下列問題：

①充電時，左槽電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________

②放電過程中，右槽溶液顏色變化為_______________________，若此時外電路轉(zhuǎn)移了3.01×1022個電子，則左槽溶液中H＋的變化量Δn(H＋)＝_________。

Answer 1

【答案】4FeOV2O5+4Na2CO3+5O28NaVO3+2Fe2O3+4CO2 MgSiO3 Mg3（PO4)3 NH4＋+VO3－=NH4VO3↓ 往漏斗中加水至浸沒沉淀，讓水自然流下，重復(fù)2-3次 VO2＋+H2O-e=VO2＋+2H＋ 紫色變?yōu)榫G色 0.05mol

【解析】

釩爐渣加入碳酸鈉在空氣中焙燒，生成NaVO3、氧化鐵、硅酸鈉、磷酸鈉，水浸后得到濾渣中含有氧化鐵，濾液為NaVO3、硅酸鈉、磷酸鈉的水溶液，濾液中加入硫酸鎂生成生成難溶的硅酸鎂、磷酸鎂沉淀，過濾后向溶液中再加入硫酸銨生成NH4VO3沉淀，NH4VO3灼燒生成V2O5。

根據(jù)以上分析，(1) FeOV2O3與碳酸鈉、氧氣在高溫條件下反應(yīng)生成NaVO3、Fe2O3、CO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是4FeOV2O5+4Na2CO3+5O28NaVO3+2Fe2O3+4CO2。

(2)加入MgSO4溶液生成硅酸鎂、磷酸鎂沉淀，所以濾渣的主要成分是MgSiO3、Mg3（PO4)3。

(3)沉釩過程中NaVO3與(NH4)2SO4發(fā)生反應(yīng)生成NH4VO3沉淀，反應(yīng)的離子方程式為NH4＋+VO3－=NH4VO3↓，實驗室洗滌NH4VO3沉淀的操作方法是：往漏斗中加水至浸沒沉淀，讓水自然流下，重復(fù)2-3次；

(4) ①充電時，外接電源的正極與電池的正極相連，左槽電極為陽極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，釩元素化合價升高，發(fā)生的電極反應(yīng)式為VO2＋+H2O-e-=VO2＋+2H＋；

②放電過程中，右槽是負(fù)極，負(fù)極失電子釩元素化合價升高，由V2＋變?yōu)閂3＋，溶液顏色由紫色變?yōu)榫G色，放電時正極反應(yīng)為VO2＋+2H＋+e-=VO2＋+H2O，若此時外電路轉(zhuǎn)移了3.01×1022個電子，通過電極反應(yīng)消耗氫離子0.1mol，同時0.05mol氫離子由右槽進(jìn)入左槽，則左槽溶液中H＋的變化量Δn(H＋)＝0.1-0.05=0.05mol。