Question

11．釩（V）及其化合物在工業(yè)催化、新材料和新能源等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用．回答下列問題：
（1）V₂O₅為兩性氧化物，它與強(qiáng)堿反應(yīng)生成釩酸鹽（VO₄^3-）．該反應(yīng)的離子方程式為V₂O₅+6OH^-=2VO₄^3-+3H₂O．
（2）V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑．在催化氧化的過程中，發(fā)生V₂O₅與 VO₂之間的轉(zhuǎn)化，寫出催化氧化SO₂過程中發(fā)生的兩個(gè)氧化還原反應(yīng)力程式V₂O₅+SO₂=2VO₂+SO₃、4VO₂+O₂=2V₂O₅．
（3）V₂O₅有強(qiáng)氧化性，能被濃鹽酸還原為VO²⁺（釩氧基離子），并生成氯氣．若要制取標(biāo)準(zhǔn)狀況3.36L的氯氣，則至少需要V₂O₅的質(zhì)量為27.3g．
（4）全釩液流儲(chǔ)能電池是利用不同價(jià)態(tài)離子對(duì)的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如下所示：VO₂⁺（黃色）+V²⁺（紫色）+2H⁺ $?_{充電}^{放電}$ VO²⁺（藍(lán)色）+H₂O+V³⁺（綠色）
①放電過程中氫離子的作用是通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性和參與正極反應(yīng)．
②充電過程中，陽極室顏色變化為藍(lán)色變?yōu)辄S色，極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）兩性氧化物既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)，生成鹽和水，V₂O₅為兩性氧化物，它與強(qiáng)堿反應(yīng)生成釩酸鹽（VO₄^3-）和水，根據(jù)電荷守恒、原子守恒書寫離子方程式；
（2）催化劑參與反應(yīng)，反應(yīng)前和反應(yīng)后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變，V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑，V₂O₅先氧化二氧化硫生成三氧化硫，自身被還原成VO₂，然后氧氣氧化VO₂為V₂O₅，據(jù)此分析書寫方程式；
（3）V₂O₅有強(qiáng)氧化性，能被濃鹽酸還原為VO²⁺（釩氧基離子），1molV₂O₅參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mole^-，同時(shí)有2mol濃鹽酸被氧化生成1mol氯氣，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)狀況3.36L的氯氣的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計(jì)算至少需要V₂O₅的質(zhì)量；
（4）①放電過程中，正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，氫離子通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性，參與正極反應(yīng)；
②充電為電解池，充電過程中，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）V₂O₅為兩性氧化物，它與強(qiáng)堿反應(yīng)生成釩酸鹽（VO₄^3-）和水，離子方程式為V₂O₅+6OH^-=2VO₄^3-+3H₂O，
故答案為：V₂O₅+6OH^-=2VO₄^3-+3H₂O；
（2）V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑．在催化氧化的過程中，V₂O₅先氧化二氧化硫生成三氧化硫，V₂O₅+SO₂=2VO₂+SO₃，然后氧氣氧化VO₂為V₂O₅，4VO₂+O₂=2V₂O₅，
故答案為：V₂O₅+SO₂=2VO₂+SO₃、4VO₂+O₂=2V₂O₅；
（3）V₂O₅有強(qiáng)氧化性，能被濃鹽酸還原為V0²⁺（釩氧基離子），V從+5價(jià)變?yōu)?4價(jià)，1molV₂O₅參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mole^-，濃鹽酸被氧化生成氯氣（-1→0），根據(jù)得失電子守恒，同時(shí)有2mol濃鹽酸被氧化生成1mol氯氣，若要制取標(biāo)準(zhǔn)狀況3.36L的氯氣，n（Cl₂）=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，轉(zhuǎn)移0.3mole^-，需n（V₂O₅）=0.15mol，至少需要V₂O₅的質(zhì)量m（V₂O₅）=nM=0.15mol×182g/mol=27.3g，
故答案為：27.3；
（4）①放電過程中，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)，通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性，
故答案為：通過交換膜定向移動(dòng)使溶液成電中性；參與正極反應(yīng)；
②充電為電解池，充電時(shí)，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即V³⁺+e^-═V²⁺，右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙�，左槽發(fā)生的反應(yīng)為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，顏色變化為藍(lán)色變?yōu)辄S色，
故答案為：藍(lán)色變?yōu)辄S色；VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查釩有關(guān)知識(shí)，涉及兩性、氧化還原反應(yīng)、原電池和電解池的工作原理等知識(shí)知識(shí)，注意V₂O₅為兩性氧化物，可根據(jù)氧化鋁的兩性知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用，注意二次充電電池在工作時(shí)的電極反應(yīng)情況，題目難度中等．