Question

【題目】全釩液流電池（簡稱釩電池）是一種新型酸性硫酸鹽電池。回答下列問題：

I．釩電池原理如圖所示：

（1）當放電時右槽溶液顏色逐漸由紫變綠，電極b為____極。電極a反應式為________。

（2）充電過程中，若轉移0.5 mol電子，質子交換膜左側電解液中n(H+)的變化量為__________。

II．釩電池失效后，廢電解液的回收利用的一種工藝如下：

已知：①＋5價釩在溶液中存在如下平衡：VO2+＋H2OVO3-＋2H＋。

②部分含釩物質在水中的溶解性見下表：

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

（3）氧化工序中，其它價態的釩全部氧化成VO2+，完成V2+氧化的離子方程式：______

　 V2+＋　 ClO3-＋　 _____＝　 VO2+＋　 Cl－＋　 ____

（4）氧化工序中，NaClO與NaClO3均可用作氧化劑，不選擇NaClO的理由是_____

（5）濃縮工序中，加入NaOH的作用是___________

（6）沉釩工序的化學方程式為_____________

（7）煅燒偏釩酸銨時，固體質量隨溫度變化的曲線如下圖所示。加熱到100 ℃ ~ 200 ℃時，產生的一種氣體是_______（填分子式）；加熱到400 ℃時，得到的固體產物是______（填名稱）。

Answer 1

【答案】 負 VO2++2H++e-=VO2++H2O 0.5mol ： 2 V2+＋ 1 ClO3-＋ 1 H2O＝ 2 VO2+＋ 1 Cl－＋ 2 H+ NaClO易變質 使VO2+＋H2OVO3-＋2H＋平衡向右移動（或：使VO2+轉化為VO3- 2NaVO3＋(NH4)2SO4＝Na2SO4＋2NH4VO3↓ NH3 五氧化二釩

【解析】I.（1）放電時右槽溶液顏色逐漸由紫變綠，b為負極，V2+失電子，發生氧化反應，生成V3+；因為是質子交換膜，所以a極（正極）發生：VO2++2H++e-=VO2++H2O。

（2）充電時，左側發生VO2++H2Oe-=VO2++2H+，轉移0.5 mol電子，質子交換膜左側電解液中n(H+)的變化量為0.5 mol。

II.試題分析：由流程結合已知，酸性廢電解液中的釩元素被NaClO3氧化為VO2+，在NaOH作用下，VO2+＋H2OVO3-＋2H＋平衡右移變為VO3-，加入(NH4)2SO4使VO3-轉化為NH4VO3沉淀，經過濾、干燥得到NH4VO3。

（3）因為廢電解液顯酸性，所以根據原子守恒和電荷守恒可得：2V2+＋ClO3-＋H2O＝2VO2+＋Cl－＋2H+。

（4）由于NaClO在空氣中容易吸收CO2和H2O而變質，故氧化工序中，不選擇NaClO作氧化劑。

（5）由已知：①＋5價釩在溶液中存在如下平衡：VO2+＋H2OVO3-＋2H＋，所以濃縮工序中，加入NaOH使上述平衡向右移動，促進VO2+轉化為VO3-。

（6）由已知：②NH4VO3難溶于水，所以沉釩工序中，向NaVO3溶液中加入(NH4)2SO4，生成NH4VO3沉淀和Na2SO4，化學方程式為：2NaVO3＋(NH4)2SO4＝Na2SO4＋2NH4VO3↓。

（7）在空氣中煅燒偏釩酸銨時，發生的反應有：

結合曲線圖可知，加熱到100℃~200℃時，產生的氣體是NH3，加熱到400℃時，得到的固體產物是V2O5。