Question

1．全釩液流電池（簡(jiǎn)稱(chēng)釩電池）是一種新型酸性硫酸鹽電池．回答下列問(wèn)題：
I．釩電池原理如圖1所示：
（1）當(dāng)放電時(shí)右槽溶液顏色逐漸由紫變綠，電極b為負(fù)極．電極a反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O．
（2）充電過(guò)程中，若轉(zhuǎn)移0.5mol電子，質(zhì)子交換膜左側(cè)電解液中n（H⁺）的變化量為0.5mol．
II．釩電池失效后，廢電解液的回收利用的一種工藝如圖：

已知：①+5價(jià)釩在溶液中存在如下平衡：VO₂⁺+H₂O?VO₃^-+2H⁺．
②部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性見(jiàn)下表：

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

（3）氧化工序中，其它價(jià)態(tài)的釩全部氧化成VO₂⁺，完成V²⁺氧化的離子方程式：
2V²⁺+ClO₃^-+H₂O=2VO₂⁺+Cl^-+2H⁺
（4）氧化工序中，NaClO與NaClO₃均可用作氧化劑，不選擇NaClO的理由是NaClO易變質(zhì)
（5）濃縮工序中，加入NaOH的作用是使VO₂⁺+H₂O?VO₃^-+2H⁺平衡正向進(jìn)行
（6）沉釩工序的化學(xué)方程式為2NaVO₃+（NH₄）₂SO₄=2NH₄VO₃↓+Na₂SO₄
（7）煅燒偏釩酸銨時(shí)，固體質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖2所示．加熱到100℃～200℃時(shí)，產(chǎn)生的一種氣體是NH₃（填分子式）；加熱到400℃時(shí)，得到的固體產(chǎn)物是五氧化二釩（填名稱(chēng)）．

Answer 1

分析 I．（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，右槽溶液顏色逐漸由紫變綠V²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂³⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)為原電池負(fù)極；
（2）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0.5 mol電子時(shí)，生成氫離子為1mol，同時(shí)有0.5mol氫離子向右側(cè)移動(dòng)；
II．（3）氧化工序中，其它價(jià)態(tài)的釩全部氧化成VO₂⁺，氯酸根離子被還原為氯離子，結(jié)合元素化合價(jià)變化和電子守恒、電荷守恒、原子守恒配平書(shū)寫(xiě)；
（4）次氯酸鈉易變質(zhì)；
（5）濃縮工序中，加入NaOH的作用是使平衡正向進(jìn)行，VO₂⁺+H₂O?VO₃^-+2H⁺；
（6）沉釩工序的化學(xué)反應(yīng)為NaVO₃和硫酸銨反應(yīng)生成NH₄VO₃沉淀；
（7）煅燒偏釩酸銨時(shí)，固體質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖2所示．加熱到100℃～200℃時(shí)，質(zhì)量減少2.34g-2.00g=0.34g，偏釩酸銨NH₄VO₃ 物質(zhì)的量=$\frac{2.34g}{117g/mol}$=0.02mol，生成氣體為氨氣0.02mol，加熱到400℃時(shí)固體剩余1.820g，固體質(zhì)量減少2.00g-1.820g=0.18g，NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+HVO₃，2HVO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+V₂O₅，結(jié)合反應(yīng)蒸餾變化分析

解答 解：I．（1）右槽溶液顏色逐漸由紫變綠V²⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂³⁺，發(fā)生氧化反應(yīng)為原電池負(fù)極，b為負(fù)極，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a為原電池的正極，
故答案為：負(fù)；VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
（2）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0.5 mol電子時(shí)，生成氫離子為1mol，同時(shí)有0.5mol氫離子向右側(cè)移動(dòng)，則左側(cè)氫離子變化量是0.5mol，
故答案為：0.5mol；
II．（3）氧化工序中，其它價(jià)態(tài)的釩全部氧化成VO₂⁺，氯酸根離子被還原為氯離子，釩元素化合價(jià)+2價(jià)變化為+5價(jià)，電子轉(zhuǎn)移3e^-，氯酸根離子中氯元素化合價(jià)+5價(jià)變化為-1價(jià)，電子轉(zhuǎn)移6e^-，結(jié)合電子守恒和原子守恒，2V²⁺+ClO₃^-+H₂O=VO₂⁺+Cl^-+2H⁺，
故答案為：2、H₂O，2、2H⁺；
（4）氧化工序中，NaClO與NaClO₃均可用作氧化劑，不選擇NaClO的理由是NaClO易變質(zhì)，
故答案為：NaClO易變質(zhì)；
（5）+5價(jià)釩在溶液中存在如下平衡：VO₂⁺+H₂O?VO₃^-+2H⁺，加入NaOH和氫離子反應(yīng)促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，
故答案為：使VO₂⁺+H₂O?VO₃^-+2H⁺平衡正向進(jìn)行；
（6）由已知NH₄VO₃難溶于水，沉釩工序中向NaVO3溶液中加入硫酸銨生成NH₄VO₃ 沉淀和硫酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaVO₃+（NH₄）₂SO₄=2NH₄VO₃↓+Na₂SO₄，
故答案為：2NaVO₃+（NH₄）₂SO₄=2NH₄VO₃↓+Na₂SO₄；
（7）空氣中煅燒偏釩酸銨發(fā)生反應(yīng)為：
NH₄VO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+HVO₃，
117               17           100
2HVO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+V₂O₅，
200             36          182
結(jié)合圖象質(zhì)量變化可知加熱到100℃～200℃時(shí)，產(chǎn)生的一種氣體是NH₃，加熱到400℃時(shí)，得到的固體產(chǎn)物是五氧化二釩，
故答案為：NH₃；五氧化二釩；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純、原電池和電解池原理、圖象變化特征分析計(jì)算、物質(zhì)性質(zhì)等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．