Question

20．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下：

回答下列問題：
（1）（NH₄）₂V₆O₁₆中釩（V）的化合價為+5，①中廢渣的主要成分是SiO₂．
（2）工藝中反萃取所用的X試劑為稀硫酸．
（3）②、③的變化過程可簡化為（其中R表示VO²⁺，HA表示有機萃取劑）：R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機層）?2RAn（有機層）+nH₂SO₄（水層），為提高②中萃取效率，應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）請完成④中的反應離子方程式：1ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+1Cl^-+3H₂O．
（5）成品V₂O₅可通過鋁熱反應來制取金屬釩，寫出該反應的化學方程式：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃．
（6）將兩個全釩液流儲能電池串聯(lián)后作為電源，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl₂被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，裝置如圖：

b為電解池的陽極，全釩液流儲能電池正極的電極反應式為VO₂⁺+e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O．

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，加入有機萃取劑，通過萃取②，把剩余的酸和有機層分開，通過反萃�、郏�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，調節(jié)pH得到含釩的沉淀，焙燒得到V₂O₅和氨氣，有機萃取劑和氨氣再循環(huán)利用．
（1）根據化合價代數和為0確定化合價；廢釩催化劑的主要成分中二氧化硅不溶于酸；
（2）③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行；
（3）②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡，R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機層）?2RAn（有機層）+nH₂SO₄（水層），加入的堿會和平衡中的氫離子反應促進平衡正向進行；提高②中萃取效率還可多次連續(xù)萃��；
（4）用化合價升降法配平方程式；
（5）鋁熱反應實質是置換反應，鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁；
（6）在電解池的陰極上是陽離子得電子發(fā)生還原反應，在陽極上是陰離子發(fā)生失電子的氧化反應；原電池的正極發(fā)生還原反應．

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，加入有機萃取劑，通過萃取②，把剩余的酸和有機層分開，通過反萃�、郏�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，調節(jié)pH得到含釩的沉淀，焙燒得到V₂O₅和氨氣，有機萃取劑和氨氣再循環(huán)利用．
（1）氮的化合價為-3價，氫得化合價為+1價，氧的化合價為-2價，設（NH₄）₂V₆O₁₆中釩中V元素的化合價為x，根據化合價代數和為0得：[-3+1×（+4）]×2+6x+（-2）×16=0，解得x=+5，二氧化硅不和硫酸反應，故廢渣中含二氧化硅，
故答案為：+5；SiO₂；
（2）③中反萃取時加入的X試劑是抑制平衡正向進行，可以加入硫酸抑制平衡正向進行，故答案為：稀硫酸；
（3））②中萃取時必須加入適量堿，分析平衡，R₂（SO₄）_n（水層）+2nHA（有機層）?2RAn（有機層）+nH₂SO₄（水層），即Rⁿ⁺（水層）+nHA（有機層）?RA_n（有機層）+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）氯元素化合價從+5→-1，化合價降低6，釩化合價從+4→+5，化合價升高1，二者最小公倍數為6，把變價元素配平，初步配平為：ClO₃^-+6VO²⁺+H⁺→6VO³⁺+Cl^-+H₂O，根據氧原子守恒確定H₂O前系數為3，氫離子前系數為6，故配平后為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：1；6；6；6；1Cl^-；3H₂O；
（5）鋁與五氧化二釩反應生成釩與氧化鋁，反應反應方程式為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃，故答案為：10Al+3V₂O₅$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6V+5Al₂O₃；
（6）將兩個全釩液流儲能電池串聯(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，為使生成的Cl₂被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，則電解池的下端產生的是氯氣，上端產生的是氫氣，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，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，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，全釩液流儲能電池正極的電極反應式為：VO₂⁺+e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，
故答案為：陽；VO₂⁺+e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O．

點評 本題考查了流程分析判斷，為高考常見題型，側重考查物質性質和實驗設計的方法應用、題干信息分析判斷能力，注意把握物質的分離提純、電解反應、電極產物的分析應用、工藝流程的理解，題目難度中等．