Question

(14分)為回收利用廢釩催化劑(含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣)，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：

部分含釩物質在水中的溶解性如下：

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

   回答下列問題：
⑴工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，寫出該反應的化學方程式              。
⑵濾液中含釩的主要成分為       (寫化學式)。
⑶該工藝中反應③的沉淀率(又稱沉釩率)是回收釩的關鍵之一，該步反應的離子方程式                          ；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加入質量與料液中V₂O₅的質量比)和溫度。根據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，以測定反應②后溶液中含釩量，反應的離子方程式為□VO₂^＋   ＋□H₂C₂O₄＋□_____＝□VO^2＋＋□CO₂↑＋□H₂O，試將其配平。
⑸全礬液流電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為VO₂^＋   ＋V^2＋＋2H^＋    VO^2＋＋H₂O＋V^3＋，電池充電時陽極的電極反應式為                      。

Answer 1

⑴3V₂O₅＋10Al＝5Al₂O₃＋6V  　⑵VOSO₄
⑶NH₄^＋   ＋VO₃^—＝ NH₄VO₃↓　  4　  80 ℃
⑷2VO₂^＋   ＋H₂C₂O₄＋2H^＋ ＝ 2VO^2＋＋2CO₂↑＋2H₂O
⑸VO^2＋＋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，反應物有V₂O₅和Al，生成物有V和Al，可采用化合價升降法將其配平。
⑵根據表中的信息知，只有VOSO₄溶于水，故濾液中含釩的主要成分為VOSO₄。
⑶根據表中的信息知，NH₄VO₃難溶于水，故該工藝中反應③為NH₄^＋   與VO₃^—反應生成NH₄VO₃沉淀。
通過觀察兩圖知控制氯化銨系數(shù)為4(太大時釩的沉淀率提高不大，但導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首先根據得失電子守恒有2VO₂^＋   ＋H₂C₂O₄―― 2VO^2＋＋2CO₂↑，再根據電荷守恒有2VO₂^＋   ＋H₂C₂O₄＋2H^＋ ――2VO^2＋＋2CO₂↑(用硫酸酸化，添加H^＋滿足電荷守恒)，最后根據原子守恒得2VO₂^＋   ＋H₂C₂O₄＋2H^＋ ＝ 2VO^2＋＋2CO₂↑＋2H₂O。
⑸電池充電時陽極上VO^2＋發(fā)生氧化反應生成VO₂^＋   ，首先根據得失電子守恒有VO^2＋－e^―――VO₂^＋   ，再根據電荷守恒有VO^2＋－e^――― VO₂^＋   ＋2H^＋，最后根據原子守恒得VO^2＋＋H₂O－e^－＝ VO₂^＋   ＋2H^＋。
考點：本題以回收釩的化工流程圖為素材，考查化學方程式、離子方程式、電極反應式等的配平與書寫，以及讀圖能力。