Question

【題目】隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并被譽(yù)為“合金的維生素”。為回收利用含釩催化劑（含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)�），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，回收率達(dá)91.7%以上。部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下表所示：

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

該工藝的主要流程如下。

請回答下列問題：

（1）請寫出加入Na2SO3溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_________。

（2）催化氧化所使用的催化劑釩觸媒(V2O5)能加快二氧化硫氧化速率，此過程中產(chǎn)生了一連串的中間體（如下圖）。其中a、c二步的化學(xué)方程式可表示為_________________，______________。

（3）該工藝中沉礬率是回收釩的關(guān)鍵之一，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(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比）和溫度。根據(jù)下圖試建議控制氯化銨系數(shù)為_________，控制溫度的方法為_________________。

（4）將濾液1和濾液2混合后用氯酸鉀氧化，氯元素被還原為最低價(jià)，其反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為___。

（5）經(jīng)過熱重分析測得：NH4VO3在焙燒過程中，固體質(zhì)量的減少值（縱坐標(biāo)）隨溫度變化的曲線如圖所示。則NH4VO3在分解過程中_________。

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．同時(shí)分解失去H2O和NH3D．同時(shí)分解失去H2、N2和H2O

（6）全釩電池的電解質(zhì)溶液為VOSO4溶液，電池的工作原理為VO2+ + V2++2H+ VO2+ +H2O +V3+。電池充電時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為___________。

Answer 1

【答案】V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O SO2+V2O5SO3+V2O4 4VOSO4+O22V2O5+4SO3 4 將反應(yīng)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）亞硫酸根具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；

（2）依據(jù)圖中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，V2O5參與反應(yīng)先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為圖中產(chǎn)物V2O4，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)寫出并配平a步化學(xué)方程式SO2+V2O5SO3+V2O4+V2O4；C是VOSO4轉(zhuǎn)化為SO3，此過程需要重新生成催化劑V2O5，需要氧化劑完成，此過程中的氧化劑為氧氣，根據(jù)化合價(jià)的變化寫出C步化學(xué)方程式 4VOSO4+O22V2O5+4SO3；

（3）根據(jù)圖示分析數(shù)據(jù)，80℃時(shí)沉礬率最高為98%，再升高溫度時(shí)其沉釩率反而降低，從氯化銨系數(shù)知，氯化銨系數(shù)越大沉釩率越大，但系數(shù)為5比為4稍微大些，且氯化銨系數(shù)越大需要的氯化銨越多，從經(jīng)濟(jì)角度分析不合適，所以加NH4Cl的系數(shù)最好為4；控制溫度的方法為將反應(yīng)容器置于80℃的水浴中；

（4）將濾液1和濾液2混合后用氯酸鉀氧化，氯元素被還原為最低價(jià)-1價(jià)，其反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為6 VO2++ClO3-+3 H2O=6VO2++Cl-+6 H+；

（5）根據(jù)NH4VO3在焙燒變化的圖象可知：

2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O

234g 34g 18g

210℃時(shí)，固體質(zhì)量減少值為1-85.47%=14.54%，380℃時(shí)，根據(jù)質(zhì)量減少值為85.47-77.78%=7.69%，

根據(jù)方程式知，生成水時(shí)固體質(zhì)量減少分?jǐn)?shù)小于生成氨氣時(shí)，所以210℃時(shí)減少的是氨氣，380℃時(shí)減少的是水，則該反應(yīng)過程中先失去氨氣后失去水，故選B；

（6）全釩電池的電解質(zhì)溶液為VOSO4溶液，電池的工作原理為VO2+ + V2++2H+ VO2+ +H2O +V3+。電池充電時(shí)陽極VO2+失電子生成VO2+，其電極反應(yīng)式為VO2+ +H2O –e- = VO2+ + 2H+。