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”。为回收利用含钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：

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

该工艺的主要流程如下。

请回答下列问题：

（1）请写出加入Na₂SO₃溶液发生反应的离子方程式_________。

（2）催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V₂O₅)能加快二氧化硫氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体（如下图）。其中a、c二步的化学方程式可表示为_________________，______________。

（3）该工艺中沉矾率是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度。根据下图试建议控制氯化铵系数为_________，控制温度的方法为_________________。

（4）将滤液1和滤液2混合后用氯酸钾氧化，氯元素被还原为最低价，其反应的离子反应方程式为___。

（5）经过热重分析测得：NH₄VO₃在焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如图所示。则NH₄VO₃在分解过程中_________。

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、N₂和H₂O

（6）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

V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O SO2+V2O5⇌SO3+V2O4 4VOSO4+O2⇌2V2O5+4SO3 4 将反应容器置于80℃的水浴中 6 VO2++ClO3-+3 H2O=6VO2++Cl-+6 H+ B VO2+ +H2O –e- = VO2+ + 2H+

【解析】

（1）亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；

（2）依据图中的转化关系，V2O5参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫，本身被还原为图中产物V2O4，根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO2+V2O5⇌SO3+V2O4+V2O4；C是VOSO4转化为SO3，此过程需要重新生成催化剂V2O5，需要氧化剂完成，此过程中的氧化剂为氧气，根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO4+O2⇌2V2O5+4SO3；

（3）根据图示分析数据，80℃时沉矾率最高为98%，再升高温度时其沉钒率反而降低，从氯化铵系数知，氯化铵系数越大沉钒率越大，但系数为5比为4稍微大些，且氯化铵系数越大需要的氯化铵越多，从经济角度分析不合适，所以加NH4Cl的系数最好为4；控制温度的方法为将反应容器置于80℃的水浴中；

（4）将滤液1和滤液2混合后用氯酸钾氧化，氯元素被还原为最低价-1价，其反应的离子反应方程式为6 VO2++ClO3-+3 H2O=6VO2++Cl-+6 H+；

（5）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：

2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O

234g 34g 18g

210℃时，固体质量减少值为1-85.47%=14.54%，380℃时，根据质量减少值为85.47-77.78%=7.69%，

根据方程式知，生成水时固体质量减少分数小于生成氨气时，所以210℃时减少的是氨气，380℃时减少的是水，则该反应过程中先失去氨气后失去水，故选B；

（6）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VO2+失电子生成VO2+，其电极反应式为VO2+ +H2O –e- = VO2+ + 2H+。