Question

钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

请回答下列问题：

（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有___________。

（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是         （写化学式）。

（3）反应④的离子方程式为                     。

（4）25℃、101 kPa时，4Al(s)＋3O₂(g)==2Al₂O₃(s)  ΔH₁＝-a kJ/mol

4V(s)＋5O₂(g)==2V₂O₅(s)   ΔH₂＝-b kJ/mol

用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是          。

（5）钒液流电池（如图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为       ，电池充电时阳极的电极反应式是     。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO₂⁺＋H₂C₂O₄＋2H⁺===2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25.00 mL 0.1000 mol/L H₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为       g/L。

Answer

（1）VO2+、Al3+

（2）Al(OH)3

（3）NH4+＋VO3-==NH4VO3↓

（4）10Al(s)＋3V2O5(s)==5Al2O3(s)＋6V(s) ΔH＝- kJ/mol

（5）V2+－e－== V3+ VO2+－e－＋H2O==VO2+＋2H+

（6）10.6

【解析】

试题分析：（1）(VO2)2SO4中含有VO2+，杂质氧化铝和硫酸反应，会生成硫酸铝，反应①所得溶液中除H+之外的阳离子有VO2+、Al3+。

（2）①所的溶液的成分为硫酸铝和(VO2)2SO4，加入碳酸钠，生成物为硫酸钠，铝离子和碳酸根在溶液中会发生双水解，生成为二氧化碳和氢氧化铝。故固体滤出物为Al(OH)3。

（3）反应④的离子方程式为NH4+＋VO3-==NH4VO3↓。

（4）V2O5发生铝热反应冶炼金属钒的化学方程式为10Al(s)＋3V2O5(s)==5Al2O3(s)＋6V(s)，4Al(s)＋3O2(g)==2Al2O3(s)为①，4V(s)＋5O2(g)==2V2O5(s)为②，（5①-3②）/2可得到目标化学方程式。

（5）原电池负极发生氧化反应，故有V2+－e－== V3+，电池充电时，为电解池反应，阳极发生氧化反应，因为酸性环境，故有VO2+－e－＋H2O==VO2+＋2H+

（6）整理比例关系可知(VO2)2SO4～2VO2+～H2C2O4，c（(VO2)2SO4）=25*0.1000/24=0.10416 mol/L，(VO2)2SO4溶液中钒的含量为0.2083 mol/L，转化单位为10.6 g/L。

考点：无机化合物的工艺流程题