Question

(14分)為回收利用廢釩催化劑(含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)?，科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，主要流程如下：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下：

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

回答下列問(wèn)題：

⑴工業(yè)由V2O5冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 。

⑵濾液中含釩的主要成分為 (寫(xiě)化學(xué)式)。

⑶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，該步反應(yīng)的離子方程式 ；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度。根據(jù)下圖判斷最佳控制氯化銨系數(shù)和溫度為 、 。

⑷用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液，以測(cè)定反應(yīng)②后溶液中含釩量，反應(yīng)的離子方程式為□VO2＋ ＋□H2C2O4＋□_____ ＝□VO2＋＋□CO2↑＋□H2O，試將其配平。

⑸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＋ VO2＋＋H2O＋V3＋，電池充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為 。

 

 

Answer 1

⑴3V2O5＋10Al＝5Al2O3＋6V �、芕OSO4

⑶NH4＋ ＋VO3—＝ NH4VO3↓　 4　 80 ℃

⑷2VO2＋ ＋H2C2O4＋2H＋ ＝ 2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O

⑸VO2＋＋H2O－e－＝ VO2＋ ＋2H＋ (2，2，2，2，2，2，2)

【解析】

試題分析：⑴用鋁熱劑法冶煉金屬釩，反應(yīng)物有V2O5和Al，生成物有V和Al，可采用化合價(jià)升降法將其配平。

⑵根據(jù)表中的信息知，只有VOSO4溶于水，故濾液中含釩的主要成分為VOSO4。

⑶根據(jù)表中的信息知，NH4VO3難溶于水，故該工藝中反應(yīng)③為NH4＋ 與VO3—反應(yīng)生成NH4VO3沉淀。

通過(guò)觀察兩圖知控制氯化銨系數(shù)為4(太大時(shí)釩的沉淀率提高不大，但導(dǎo)致銨鹽的利用率不高)，控制溫度為80 ℃(該溫度下釩的沉淀率最高)。

⑷首先根據(jù)得失電子守恒有2VO2＋ ＋H2C2O4―― 2VO2＋＋2CO2↑，再根據(jù)電荷守恒有2VO2＋ ＋H2C2O4＋2H＋ ――2VO2＋＋2CO2↑(用硫酸酸化，添加H＋滿足電荷守恒)，最后根據(jù)原子守恒得2VO2＋ ＋H2C2O4＋2H＋ ＝ 2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。

⑸電池充電時(shí)陽(yáng)極上VO2＋發(fā)生氧化反應(yīng)生成VO2＋ ，首先根據(jù)得失電子守恒有VO2＋－e―――VO2＋ ，再根據(jù)電荷守恒有VO2＋－e――― VO2＋ ＋2H＋，最后根據(jù)原子守恒得VO2＋＋H2O－e－＝ VO2＋ ＋2H＋。

考點(diǎn)：本題以回收釩的化工流程圖為素材，考查化學(xué)方程式、離子方程式、電極反應(yīng)式等的配平與書(shū)寫(xiě)，以及讀圖能力。