Question

8．已知釩的化合物在水溶液中存在多種離子形式：V²⁺（紫色）、V³⁺（綠色）、VO²⁺（藍色）、VO₂⁺（淡黃色）、VO₄^3-（無色）、V₅O₁₄^3-（紅棕色）等．
（1）如果向酸性的VSO4溶液中滴加高錳酸鉀溶液，溶液出現(xiàn)的顏色變化是紫色→綠色Ⅰ→藍色→綠色Ⅱ→黃色．
①第一次出現(xiàn)綠色發(fā)生反應的離子方程式是5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②第二次出現(xiàn)綠色時溶液中的主要陽離子是VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺
（2）向酸性淡黃色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液調節(jié)pH，溶液會出現(xiàn)一定的顏色變化，最終變?yōu)闊o色．若向所得溶液中加入硫酸，則現(xiàn)象恰好相反．由給出的釩所形成的離子的信息可知，在調節(jié)PH過程中會出現(xiàn)紅棕 色，用離子方程式表示過程中出現(xiàn)該顏色的特征：5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O
（3）VO₂⁺加入氨水中可以得到NH₄VO₃．
①室溫下，NH₄VO₃在水中的Ksp曲線如圖1所示，則Ksp（NH₄VO₃）=3×10^-8

②熱重分析可探究化學變化的歷程，某研究小組取234g NH₄VO₃進行探究，焙燒過程中減少的質量隨溫度變化的曲線如圖2所示，則B是HVO₃ （填化學式，后同），C是V₂O₅
（4）釩液流電池具有廣泛的應用領域和市場前景．如圖3所示為電池充電時的部分工作原理，電池放電時負極是Y （填“X”或“Y”），電池充電時陽極的電極反應式是VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①因為V²⁺被酸性高錳酸鉀溶液氧化，第一次出現(xiàn)綠色，與V²⁺價態(tài)最接近的是V³⁺，KMnO₄被還原為Mn²⁺；
②第二次出現(xiàn)綠色是藍色和黃色混合后的顏色，溶液出現(xiàn)的顏色變化是紫色→綠色Ⅰ→藍色→綠色Ⅱ→黃色，結合離子顏色分析；
（2）向酸性淡黃色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液調節(jié)PH，V元素的化合價不變，隨著PH的增大，H⁺被中和，V元素結合O元素的比例增大，可能出現(xiàn)的含釩的離子除VO₂⁺（淡黃色）與VO₄^3-（無色）之外，還有V₅O₁₄^3-，只有V₅O₁₄^3-為紅棕色；
（3）①室溫下，由NH₄VO₃在水中的Ksp曲線可知，Ksp（NH₄VO₃）=c（NH₄⁺）•c（VO₃^-）計算；
②234g NH₄VO₃的物質的量為2mol，A→B質量減少34g，則減少的是2mol NH₃的質量，故B為HVO₃，結合元素守恒計算判斷化學式；
（4）由題圖中電池充電時的部分工作原理可知，H⁺移向陰極區(qū)，即X是陽極，Y是陰極，故電池放電時Y是負極；電池充電時，陽極發(fā)生氧化反應VO₂⁺（淡黃色）失電子生成VO²⁺（藍色）；

解答 解：（1）①因為V²⁺被酸性高錳酸鉀溶液氧化，第一次出現(xiàn)綠色，與V²⁺價態(tài)最接近的是V³⁺，KMnO₄被還原為Mn²⁺，故反應的離子方程式是：5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②第二次出現(xiàn)綠色是藍色和黃色混合后的顏色，故溶液中有VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺4種陽離子，
故答案為：VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺；
（2）向酸性淡黃色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液調節(jié)PH，V元素的化合價不變，隨著PH的增大，H⁺被中和，V元素結合O元素的比例增大，可能出現(xiàn)的含釩的離子除VO₂⁺（淡黃色）與VO₄^3-（無色）之外，還有V₅O₁₄^3-，只有V₅O₁₄^3-為紅棕色．注意調節(jié)PH，轉化是可逆的：5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O，
故答案為：紅棕；5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O；
（3）①室溫下，由NH₄VO₃在水中的Ksp曲線可知，Ksp（NH₄VO₃）=c（NH₄⁺）•c（VO₃^-）=3×10^-4×1×10^-4=3×10^-8，
故答案為：3×10^-8；
②234g NH₄VO₃的物質的量為2mol，A→B質量減少34g，則減少的是2mol NH₃的質量，故B為HVO₃ ，再失重即變成釩的氧化物，234g-42g=192g，含氧原子的物質的量是（192-2×51）g÷18g•mol^-1=5mol，故C是V₂O₅，
故答案為：HVO₃；V₂O₅；
（4）由題圖中電池充電時的部分工作原理可知，H⁺移向陰極區(qū)，即X是陽極，Y是陰極，故電池放電時Y是負極；電池充電時，陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式是：VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺，
故答案為：Y；VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺；

點評 本題考查了氧化還原反應原理、電極原理分析判斷、離子顏色變化和離子反應過程分析應用，注意題干信息的應用和離子顏色變化判斷得到產物的離子方程式書寫，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．