Question

15．釩（V）及其化合物廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化、新材料和新能源等領(lǐng)域．V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑．
（1）一定條件下，SO₂ 與空氣反應(yīng)t min后，SO₂ 和SO₃物質(zhì)的量濃度分別為a mol/L、b mol•L^-1，則SO₂ 起始物質(zhì)的量濃度為a+bmol/L；生成SO₃的化學(xué)反應(yīng)速率為$\frac{t}$mol/L．
（2）全釩液流儲(chǔ)能電池是利用不同價(jià)態(tài)離子對(duì)氧化還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的，其裝置原理如圖：

①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，其電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O．
②充電過(guò)程中，右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙��?br />③放電過(guò)程中氫離子的作用是參與正極反應(yīng)和通過(guò)交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；充電時(shí)若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3.01×10²³個(gè)，左槽溶液中n（H⁺）的變化量為0.5mol．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫和氧氣反應(yīng)方程式為2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），開(kāi)始時(shí)沒(méi)有SO₃，根據(jù)方程式知，反應(yīng)c（SO₂）_（消耗）=c（SO₃）_（生成）=bmol/L，則SO₂ 起始物質(zhì)的量濃度=c（SO₂）_（消耗）+c（SO₂）_（剩余）=生成v（SO₃）=$\frac{△c}{△t}$；
（2）①左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，VO₂⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)為原電池的正極，
②充電過(guò)程中，右槽連接電源的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為V³⁺+e^-=V²⁺，
③充電時(shí)，左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺當(dāng)轉(zhuǎn)移電子為3.01×10²³個(gè)即為0.5 mol電子時(shí)，生成氫離子為0.5 mol．

解答 解：（1）二氧化硫和氧氣反應(yīng)方程式為2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），開(kāi)始時(shí)沒(méi)有SO₃，根據(jù)方程式知，反應(yīng)c（SO₂）_（消耗）=c（SO₃）_（生成）=bmol/L，則SO₂ 起始物質(zhì)的量濃度=c（SO₂）_（消耗）+c（SO₂）_（剩余）=bmol/L+amol/L=（a+b）mol/L；
生成v（SO₃）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{bmol/L}{tmin}$=$\frac{t}$mol/L，
故答案為：a+b；$\frac{t}$；
（2）①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，其電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，說(shuō)明此時(shí)為原電池，且為原電池的正極，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充電過(guò)程中，右槽連接的是電源負(fù)極，為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺為綠色，V²⁺為紫色，
故可以看到右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙��?br />故答案為：綠；紫；
③放電過(guò)程中，電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氫離子的作用是充電時(shí)，參與正極反應(yīng)，通過(guò)交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子為3.01×10²³個(gè)即為0.5 mol電子時(shí)，生成氫離子為0.5mol；氫離子變化0.5mol；
故答案為：參與正極反應(yīng)；通過(guò)交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；0.5mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、原電池和電解池原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷能力，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，題目難度不大．