Question

11．釩（V）及其化合物在工業(yè)催化、新材料和新能源等領域中有廣泛的應用．回答下列問題：
（1）V₂O₅為兩性氧化物，它與強堿反應生成釩酸鹽（VO₄^3-）．該反應的離子方程式為V₂O₅+6OH^-=2VO₄^3-+3H₂O．
（2）V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑．在催化氧化的過程中，發(fā)生V₂O₅與 VO₂之間的轉化，寫出催化氧化SO₂過程中發(fā)生的兩個氧化還原反應力程式V₂O₅+SO₂=2VO₂+SO₃、4VO₂+O₂=2V₂O₅．
（3）V₂O₅有強氧化性，能被濃鹽酸還原為VO²⁺（釩氧基離子），并生成氯氣．若要制取標準狀況3.36L的氯氣，則至少需要V₂O₅的質量為27.3g．
（4）全釩液流儲能電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應來實現化學能和電能相互轉化的裝置，其原理如下所示：VO₂⁺（黃色）+V²⁺（紫色）+2H⁺ $?_{充電}^{放電}$ VO²⁺（藍色）+H₂O+V³⁺（綠色）
①放電過程中氫離子的作用是通過交換膜定向移動使溶液成電中性和參與正極反應．
②充電過程中，陽極室顏色變化為藍色變?yōu)辄S色，極反應式為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）兩性氧化物既能與酸反應，又能與堿反應，生成鹽和水，V₂O₅為兩性氧化物，它與強堿反應生成釩酸鹽（VO₄^3-）和水，根據電荷守恒、原子守恒書寫離子方程式；
（2）催化劑參與反應，反應前和反應后質量和化學性質不變，V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑，V₂O₅先氧化二氧化硫生成三氧化硫，自身被還原成VO₂，然后氧氣氧化VO₂為V₂O₅，據此分析書寫方程式；
（3）V₂O₅有強氧化性，能被濃鹽酸還原為VO²⁺（釩氧基離子），1molV₂O₅參加反應轉移2mole^-，同時有2mol濃鹽酸被氧化生成1mol氯氣，根據n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算出標準狀況3.36L的氯氣的物質的量，根據m=nM計算至少需要V₂O₅的質量；
（4）①放電過程中，正極上發(fā)生得電子的還原反應，氫離子通過交換膜定向移動使溶液成電中性，參與正極反應；
②充電為電解池，充電過程中，陽極發(fā)生氧化反應．

解答 解：（1）V₂O₅為兩性氧化物，它與強堿反應生成釩酸鹽（VO₄^3-）和水，離子方程式為V₂O₅+6OH^-=2VO₄^3-+3H₂O，
故答案為：V₂O₅+6OH^-=2VO₄^3-+3H₂O；
（2）V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑．在催化氧化的過程中，V₂O₅先氧化二氧化硫生成三氧化硫，V₂O₅+SO₂=2VO₂+SO₃，然后氧氣氧化VO₂為V₂O₅，4VO₂+O₂=2V₂O₅，
故答案為：V₂O₅+SO₂=2VO₂+SO₃、4VO₂+O₂=2V₂O₅；
（3）V₂O₅有強氧化性，能被濃鹽酸還原為V0²⁺（釩氧基離子），V從+5價變?yōu)?4價，1molV₂O₅參加反應轉移2mole^-，濃鹽酸被氧化生成氯氣（-1→0），根據得失電子守恒，同時有2mol濃鹽酸被氧化生成1mol氯氣，若要制取標準狀況3.36L的氯氣，n（Cl₂）=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，轉移0.3mole^-，需n（V₂O₅）=0.15mol，至少需要V₂O₅的質量m（V₂O₅）=nM=0.15mol×182g/mol=27.3g，
故答案為：27.3；
（4）①放電過程中，電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氫離子的作用是充電時，參與正極反應，通過交換膜定向移動使溶液成電中性，
故答案為：通過交換膜定向移動使溶液成電中性；參與正極反應；
②充電為電解池，充電時，陰極上發(fā)生得電子的還原反應，即V³⁺+e^-═V²⁺，右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙�，左槽發(fā)生的反應為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，顏色變化為藍色變?yōu)辄S色，
故答案為：藍色變?yōu)辄S色；VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

點評 本題考查釩有關知識，涉及兩性、氧化還原反應、原電池和電解池的工作原理等知識知識，注意V₂O₅為兩性氧化物，可根據氧化鋁的兩性知識進行遷移應用，注意二次充電電池在工作時的電極反應情況，題目難度中等．