Question

随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。为了回收利用含钢催化剂(V₂O₅、VOSO₄及不溶性杂质)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺。该工艺的主要流程如图所示:

已知:部分含钒物质在水中的溶解性:

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

(1)由V₂O₅冶炼金属钒采用铝热剂法，反应的化学方程式为:___________

(2)V₂O₅通常用作为反应2SO₂+O₂2SO₃的理想催化剂，其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因，其过程可用两个化学方程式表示:_________、4V+5O₂2V₂O₅.

(3)反应①的目的是_________.

(4)将滤液1与滤液2混合后用氯酸钾氧化，氯元素被还原为最低价，其反应的离子方程式为______.

(5)反应③的沉淀率(又称沉钒率) 是回收钒的关键之一，下图是反应温度与沉钒率的关系图，则控制温度的方法是____________.

(6)反应④在NH₄VO₃的焙烧过程中，固体质量的减少值(纵坐标) 随温度变化的曲线如图2所示，则其分解过程中_______(填字母代号)。

A.先分解失去H₂O，再分解失去NH₃

B.先分解失去NH₃， 再分解失去H₂O

C.同时分解失去H₂O 和NH₃

D.同时分解失去H₂和N₂和H₂O

(7)全钒电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为VO₂⁺+V²⁺+2H⁺VO²⁺+H₂O+V³⁺。电池充电时阳极的电极反应式为__________

Answer

3V2O5+10Al6V+5A12O3 5SO2+V2O55SO3+2V 将V2O5转化为可溶性的VOSO4 C1O3 -+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1- 将反应容器置于80℃的水浴中 B VO2++H2O-e- =VO2++2H+

【解析】(1)高温下，用金属铝从活泼性比铝差的金属氧化物中置换出该金属，既为铝热剂法；正确答案：3V2O5+10Al 6V+5A12O3。

(2)用2SO2+O22SO3反应减去4V+5O22V2O5反应，消去氧气，即可得到第一个反应的方程式；正确答案：5SO2+V2O55SO3+2V。

(3) 根据题给信息，V2O5 不溶于水，因此在酸性条件下，用亚硫酸钠把 V2O5还原为可溶性的VOSO4，便于氯酸钾把VOSO4氧化为(VO2)2SO4；正确答案：将V2O5转化为可溶性的VOSO4 。

(4) 易溶于水VOSO4被氧化为易溶的(VO2)2SO4，而氯酸钾中氯元素被还原到Cl-；正确答案： C1O3 -+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1-。

(5)从图像中看出，温度为80℃时，沉钒率最高，因此可以用水浴加热进行操作；正确答案：将反应容器置于80℃的水浴中。

(6)由图像中曲线变化可知：200℃时左右时，固体质量大约减少17克，应该为氨气的质量；400℃左右时，固体质量大约又减少18克，应该为水的质量；所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在400℃左右再失去水，最终NH4VO3在焙烧发生分解反应，最终产物为V2O5、NH3和H2O；正确答案：B。

(7)充电过程为电解的过程，阳极发生氧化反应，VO2+中钒为+4价，氧化为+5价的VO2+；正确答案：VO2++H2O-e- =VO2++2H+。