Question

17．釩是一種重要的合金元素，還用于催化劑和新型電池．從含釩固體廢棄物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他殘渣）中提取釩的一種新工藝主要流程如圖1：

部分含釩化合物在水中的溶解性如表：

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

請回答下列問題：
（1）反應(yīng)①所得溶液中除H⁺之外的陽離子有VO₂⁺和Al³⁺．
（2）反應(yīng)②堿浸后濾出的固體主要成分是Al（OH）₃（寫化學(xué)式）．
（3）反應(yīng)④的離子方程式為VO₃^-+NH₄⁺=NH₄VO₃↓．
（4）25℃、101 kPa時，4Al（s）+3O₂（g）═2Al₂O₃（s）△H₁=-a kJ/mol
4V（s）+5O₂（g）═2V₂O₅（s）△H₂=-b kJ/mol
用V₂O₅發(fā)生鋁熱反應(yīng)冶煉金屬釩的熱化學(xué)方程式是10Al（s）+3V₂O₅（s）=5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$kJ/mol．
（5）釩液流電池（如圖2所示）具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景，該電池中隔膜只允許H⁺通過．電池放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為V²⁺-e^-=V³⁺，電池充電時陽極的電極反應(yīng)式是VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺．
（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以測定反應(yīng)①后溶液中的含釩量，反應(yīng)的離子方程式為：2VO${\;}_{2}^{+}$+H₂C₂O₄+2H⁺═2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O．取25.00mL0.1000 mol/L
H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液于錐形瓶中，加入指示劑，將待測液盛放在滴定管中，滴定到終點時消耗待測液24.0mL，由此可知，該（VO₂）₂SO₄溶液中釩的含量為10.6g/L．

Answer 1

分析 反應(yīng)①用硫酸溶解含釩固體廢棄物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他殘渣），生成（VO₂）₂SO₄和硫酸鋁，SiO₂等不溶性雜質(zhì)過濾除去；反應(yīng)②是用碳酸鈉溶液與（VO₂）₂SO₄和硫酸鋁反應(yīng)，與（VO₂）₂SO₄反應(yīng)生成NaVO₃，碳酸根離子與鋁離子水解相互促進(jìn)生成Al（OH）₃沉淀；反應(yīng)④是NaVO₃溶液與氯化銨反應(yīng)生成NH₄VO₃沉淀，加熱NH₄VO₃分解為V₂O₅，據(jù)此解答（1）（2）（3）；
（4）據(jù)已知熱化學(xué)方程式和待求熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律計算；
（5）釩液流電池放電時負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)；
（6）先據(jù)反應(yīng)方程式和滴定數(shù)據(jù)計算（VO₂）₂SO₄溶液中c（VO₂⁺）的物質(zhì)的量濃度，再計算該（VO₂）₂SO₄溶液中釩的含量．

解答 解：反應(yīng)①用硫酸溶解含釩固體廢棄物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他殘渣），生成（VO₂）₂SO₄和硫酸鋁，SiO₂等不溶性雜質(zhì)過濾除去；反應(yīng)②是用碳酸鈉溶液與（VO₂）₂SO₄和硫酸鋁反應(yīng)，與（VO₂）₂SO₄反應(yīng)生成NaVO₃，碳酸根離子與鋁離子水解相互促進(jìn)生成Al（OH）₃沉淀；反應(yīng)④是NaVO₃溶液與氯化銨反應(yīng)生成NH₄VO₃沉淀，加熱NH₄VO₃分解為V₂O₅，
（1）用硫酸溶解含釩固體廢棄物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他殘渣），生成（VO₂）₂SO₄和硫酸鋁，溶液中的陽離子除氫離子外還有VO₂⁺和Al³⁺，
故答案為：VO₂⁺和Al³⁺；
（2）含雜質(zhì)的（VO₂）₂SO₄溶液用碳酸鈉溶液堿浸生成含雜質(zhì)的NaVO₃溶液，Al（OH）₃不溶于弱堿，所以反應(yīng)②堿浸后濾出的固體主要成分是Al（OH）₃，
故答案為：Al（OH）₃；
（3）據(jù)工藝流程圖可知，反應(yīng)④的離子方程式為VO₃^-+NH₄⁺=NH₄VO₃↓，故答案為：VO₃^-+NH₄⁺=NH₄VO₃↓；
（4）已知①4Al（s）+3O₂（g）═2Al₂O₃（s）△H₁=-a kJ/mol
②4V（s）+5O₂（g）═2V₂O₅（s）△H₂=-b kJ/mol
據(jù)蓋斯定律，（①×5-②×3）÷2得：10Al（s）+3V₂O₅（s）=5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$kJ/mol，
故答案為：10Al（s）+3V₂O₅（s）=5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$kJ/mol；
（5）釩液流電池放電時負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)圖可知，電極反應(yīng)式為V²⁺-e^-=V³⁺，正極發(fā)生還原反應(yīng)，充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺；
故答案為：V²⁺-e^-=V³⁺；VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺；
（6）據(jù)滴定數(shù)據(jù)，結(jié)合離子方程式c（VO₂⁺）=$\frac{2×0.025L×0.100mol/L}{0.024L}$=0.2083mol/L，所以1L溶液中含V的質(zhì)量為0.2083mol/L×1L×51g/mol=10.6g，
故答案為：10.6．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及原電池和電解池原理、滴定實驗及計算、蓋斯定律、物質(zhì)分離和提純等知識點，明確實驗原理及物質(zhì)性質(zhì)、基本操作方法等是解本題關(guān)鍵，難點是分析流程圖中每一步可能發(fā)生的反應(yīng)或基本操作方法，注意結(jié)合題給信息分析解答，題目難度中等．