Question

I、下图是全钒液流电池的示意图

该电池充放电的总反应式为：

请回答下列问题：

（1）充电时的阴极反应式为______________，阳极附近颜色变化是______。

（2）放电过程中，正极附近溶液的pH ________（选填“升高”“降低”或“不变”）。

II、回收利用废钒催化剂（主要成分为V₂O₅、VOSO₄和二氧化硅）的工艺流程如下图所示。

（3）滤渣可用于______________________（填一种用途）。

（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表所示：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
钒沉淀率（％）	88.1	91.8	96.5	98	99.8	97.8	96.4	93.0	89.3

根据上表数据判断，加入氨水调节酸碱性，溶液的最佳pH为____；

（5）为了提高钒的浸出率，用酸浸使废钒催化剂中的V₂O₅转变成可溶于水的VOSO₄，酸浸过程中，氧化产物和还原产物的物质的量之比为________。

（6）氧化过程中，VO²⁺变为VO₂⁺，则该反应的离子方程式为____________________。

Answer

V3++e−V2+ 蓝色变黄色 升高 制作光导纤维、建筑材料等 1.7 1：2 ClO3−+6VO2++3H2O6VO2++Cl−+6H+

【解析】

I．（1）充电时，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，根据电解原理进行分析；

（2）由电池总反应写出放电时的正极反应，据此分析正极附近溶液的酸性变化规律；

II．废钒催化剂成分为V2O5、VOSO4和二氧化硅，粉碎后加水，水浸后过滤，根据物质的水溶性可以确定V2O5和二氧化硅难溶于水，即为滤渣；亚硫酸根具有还原性，在酸性条件下，能够被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++ SO42-+2H2O；过滤得到滤液B，净化后和滤液A混合加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能够将VO2+氧化为VO2+，加入氨水，调节溶液的pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙烧得到五氧化二钒；据以上分析解答。

I、（1）充电时，阴极发生还原反应，故V3+得电子生成V2+，电极反应为：V3++e−V2+；充电时，阳极发生氧化反应，VO2+-e−+H2O=VO2++2H+；溶液的颜色由蓝色变为黄色；

综上所述，本题答案是：V3++e− =V2+；蓝色变黄色。

（2）放电过程为原电池，正极反应为还原反应，由电池总反应可知，放电时的正极反应为：VO2++2H++e− =VO2++H2O，正极附近溶液的酸性减弱，pH升高；

综上所述，本题答案是：升高；

II、（3）滤渣中物质为二氧化硅，可用于制作光导纤维，建筑材料等；

综上所述，本题答案是：制作光导纤维、建筑材料等。

（4）从图中钒沉淀率和溶液pH之间的关系可知，当加入氨水调节溶液的酸碱性，溶液的最佳pH为1.7时，钒沉淀率最高；

综上所述，本题答案是：1.7。

（5）亚硫酸根离子具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，所以酸浸过程中氧化产物和还原产物的物质的量之比为1:2；

综上所述，本题答案是：1:2。

（6）氧化过程中，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，本身被还原为Cl−，该反应的离子方程式为：ClO3−+6VO2++3H2O6VO2++Cl−+6H+；

综上所述，本题答案是：ClO3−+6VO2++3H2O6VO2++Cl−+6H+。