Question

為回收利用廢釩催化劑(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，主要流程如下：

部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下：

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

回答下列問題：

(1)工業(yè)由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。

(2)圖中所示濾液中含釩的主要成分為____________(寫化學(xué)式)。

(3)用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以測(cè)定反應(yīng)②后溶液中含釩量，完成反應(yīng)的離子方程式為VO＋H₂C₂O₄＋________===VO^2＋＋CO₂↑＋H₂O。

(4)全釩液流電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，其電解液中含有釩的不同價(jià)態(tài)的離子、H^＋和SO。電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)為V^2＋－e^－===V^3＋。

①電池放電時(shí)的總反應(yīng)方程式為__________________。充電時(shí)，電極M應(yīng)接電源的________極；

②若電池初始時(shí)左、右兩槽內(nèi)均以VOSO₄和H₂SO₄的混合液為電解液，使用前需先充電激活，充電過程陰極區(qū)的反應(yīng)分兩步完成：第一步VO^2＋轉(zhuǎn)化為V^3＋；第二步V^3＋轉(zhuǎn)化為V^2＋。則第一步反應(yīng)過程中陰極區(qū)溶液n(H^＋)________(填“增大”、“不變”或“減小”)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為______________。

Answer 1

答案　(1)3V₂O₅＋10Al6V＋5Al₂O₃　(2)VOSO₄

(3)2　1　2　H^＋　2　2　2

(4)①VO＋V^2＋＋2H^＋===VO^2＋＋V^3＋＋H₂O　正

②減小　VO^2＋＋H₂O－e^－===VO＋2H^＋

解析　(1)鋁熱反應(yīng)實(shí)質(zhì)是置換反應(yīng)，鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁。(2)根據(jù)廢釩催化劑的組成及表中數(shù)據(jù)判斷濾液主要成分。(3)離子方程式中一定滿足得失電子守恒、電荷守恒和質(zhì)量守恒。(4)①由負(fù)極電極反應(yīng)式可知M為正，發(fā)生還原反應(yīng)，VO＋e^－＋2H^＋===VO^2＋＋H₂O，即可寫出總方程式，依據(jù)充電時(shí)正接正，負(fù)接負(fù)知M與電源的正極相連。②充電時(shí)陰極區(qū)第一步的電極反應(yīng)為VO^2＋＋e^－＋2H^＋===V^3＋＋H₂O，在陰極區(qū)放電時(shí)消耗2個(gè)H^＋，通過交換膜移動(dòng)來1個(gè)H^＋，則n(H^＋)減小。陽(yáng)極VO^2＋發(fā)生氧化反應(yīng)生成VO＋₂＋2H^＋。