Question

14．某工廠廢棄的釩渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，現(xiàn)從該釩渣回收V₂O₅的工藝流程示意圖如圖1：

（已知：沉淀為（NH₄）₂V₆O_16\，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)來實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，②、③的變化過程可簡化為（下式R表示VO²⁺，HA表示有機(jī)萃取劑）．
R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機(jī)層）?2RAn（有機(jī)層）+nH₂SO₄（水層）
回答下列問題：
（1）（NH₄）₂V₆O₁₆中釩（V）的化合價(jià)為+5，①中產(chǎn)生的廢渣的主要成分是SiO₂．
（2）工藝中反萃取所用的X試劑為稀硫酸．
（3）為提高②中萃取效率，應(yīng)采取的措施是加入堿（具體堿均可）中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃取．
（4）請(qǐng)完成④中的反應(yīng)離子方程式：
1ClO${\;}_{3}^{-}$+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+1Cl^-+3H₂O
（5）成品V₂O₅可通過鋁熱反應(yīng)來制取金屬釩，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．
（6）將兩個(gè)全釩液流儲(chǔ)能電池串聯(lián)后作為電源，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí)，為使Cl₂被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，裝置如圖2：

b為電解池的陽極，全釩液流儲(chǔ)能電池正極的電極反應(yīng)式為VO₂⁺+e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O；
若通過消毒液發(fā)生器的電子為0.2mol，則消毒液發(fā)生器中理論上最多能產(chǎn)生14.9 gNaClO．

Answer 1

分析 釩渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，加硫酸，二氧化硅不溶解，加入還原劑K₂SO₃，V₂O₅被還原為VO²⁺離子，加入有機(jī)萃取劑，通過萃�、冢�把剩余的酸和有機(jī)層分開，通過反萃取③，把萃取劑和離子分開，加入氧化劑氯酸鉀④，氯酸鉀把VO²⁺氧化成VO³⁺，離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺→6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，調(diào)節(jié)pH得到含釩的沉淀，焙燒得到V₂O₅和氨氣，有機(jī)萃取劑和氨氣再循環(huán)利用．
（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0確定化合價(jià)；廢釩催化劑的主要成分中二氧化硅不溶于酸；
（2）③中反萃取時(shí)加入的X試劑是抑制平衡正向進(jìn)行；
（3）②中萃取時(shí)必須加入適量堿，分析平衡，R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機(jī)層）?2RAn（有機(jī)層）+nH₂SO₄（水層），加入的堿會(huì)和平衡中的氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行；提高②中萃取效率還可多次連續(xù)萃��；
（4）用化合價(jià)升降法配平方程式；
（5）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；
（6）在電解池的陰極上是陽離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在陽極上是陰離子發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)；氯氣可以和強(qiáng)堿反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算理論上最多能產(chǎn)生NaClO的質(zhì)量．

解答 解：釩渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，加硫酸，二氧化硅不溶解，加入還原劑K₂SO₃，V₂O₅被還原為VO²⁺離子，加入有機(jī)萃取劑，通過萃�、�，把剩余的酸和有機(jī)層分開，通過反萃�、�，把萃取劑和離子分開，加入氧化劑氯酸鉀④，氯酸鉀把VO²⁺氧化成VO³⁺，離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺→6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，調(diào)節(jié)pH得到含釩的沉淀，焙燒得到V₂O₅和氨氣，有機(jī)萃取劑和氨氣再循環(huán)利用．
（1）氮的化合價(jià)為-3價(jià)，氫得化合價(jià)為+1價(jià)，氧的化合價(jià)為-2價(jià)，設(shè)（NH₄）₂V₆O₁₆中釩中V元素的化合價(jià)為x，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0得：[-3+1×（+4）]×2+6x+（-2）×16=0，解得x=+5，二氧化硅不和硫酸反應(yīng)，故廢渣中含二氧化硅，
故答案為：+5；SiO₂；
（2）③中反萃取時(shí)加入的X試劑是抑制平衡正向進(jìn)行，可以加入硫酸抑制平衡正向進(jìn)行，故答案為：稀硫酸；
（3））②中萃取時(shí)必須加入適量堿，分析平衡，R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機(jī)層）?2RAn（有機(jī)層）+nH₂SO₄（水層），即Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機(jī)層）?RA_n（有機(jī)層）+nH⁺（水層），加入堿（具體堿均可）中和硫酸使平衡正移，提高②中萃取效率還可采取多次連續(xù)萃取，
故答案為：加入堿（具體堿均可）中和硫酸使平衡正移、多次連續(xù)萃��；
（4）氯元素化合價(jià)從+5→-1，化合價(jià)降低6，釩化合價(jià)從+4→+5，化合價(jià)升高1，二者最小公倍數(shù)為6，把變價(jià)元素配平，初步配平為：ClO₃^-+6VO²⁺+H⁺→6VO³⁺+Cl^-+H₂O，根據(jù)氧原子守恒確定H₂O前系數(shù)為3，氫離子前系數(shù)為6，故配平后為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：1；6；6；6；1；Cl^-；3；H₂O；
（5）鋁與五氧化二釩反應(yīng)生成釩與氧化鋁，反應(yīng)反應(yīng)方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，故答案為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，
（6）將兩個(gè)全釩液流儲(chǔ)能電池串聯(lián)后作為電源，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，若通電時(shí)，為使生成的Cl₂被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，則電解池的下端產(chǎn)生的是氯氣，上端產(chǎn)生的是氫氣，電解池的陰極上是陽離子氫離子得電子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，生成氫氣，在陽極上是陰離子氯離子發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，生成氯氣，所以a是陰極，b是陽極生成Cl₂，原電池的正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，全釩液流儲(chǔ)能電池正極的電極反應(yīng)式為：VO₂⁺+e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，制取消毒液所涉及反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，每生成1molNaClO轉(zhuǎn)移1mol電子，若通過消毒液發(fā)生器的電子為0.2mol，理論上最多能產(chǎn)生NaClO的質(zhì)量為0.2mol×74.5g/mol=14.9g，
故答案為：陽；VO₂⁺+e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O；14.9．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了流程分析判斷、物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用、題干信息分析判斷能力，側(cè)重考查物質(zhì)的分離提純、電解反應(yīng)、電極產(chǎn)物的分析應(yīng)用、工藝流程的理解，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．