Question

【題目】I、下圖是全釩液流電池的示意圖

該電池充放電的總反應式為：

請回答下列問題：

（1）充電時的陰極反應式為______________，陽極附近顏色變化是______。

（2）放電過程中，正極附近溶液的pH ________（選填“升高”“降低”或“不變”）。

II、回收利用廢釩催化劑（主要成分為V2O5、VOSO4和二氧化硅）的工藝流程如下圖所示。

（3）濾渣可用于______________________（填一種用途）。

（4）25℃時，取樣進行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關系如下表所示：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率（％）	88.1	91.8	96.5	98	99.8	97.8	96.4	93.0	89.3

根據上表數據判斷，加入氨水調節(jié)酸堿性，溶液的最佳pH為____；

（5）為了提高釩的浸出率，用酸浸使廢釩催化劑中的V2O5轉變成可溶于水的VOSO4，酸浸過程中，氧化產物和還原產物的物質的量之比為________。

（6）氧化過程中，VO2+變?yōu)?/span>VO2+，則該反應的離子方程式為____________________。

Answer 1

【答案】V3++eV2+ 藍色變黃色 升高 制作光導纖維、建筑材料等 1.7 1：2 ClO3+6VO2++3H2O6VO2++Cl+6H+

【解析】

I．（1）充電時，陰極發(fā)生還原反應，陽極發(fā)生氧化反應，根據電解原理進行分析；

（2）由電池總反應寫出放電時的正極反應，據此分析正極附近溶液的酸性變化規(guī)律；

II．廢釩催化劑成分為V2O5、VOSO4和二氧化硅，粉碎后加水，水浸后過濾，根據物質的水溶性可以確定V2O5和二氧化硅難溶于水，即為濾渣；亞硫酸根具有還原性，在酸性條件下，能夠被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應為：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++ SO42-+2H2O；過濾得到濾液B，凈化后和濾液A混合加入氯酸鉀，氯酸鉀具有氧化性，能夠將VO2+氧化為VO2+，加入氨水，調節(jié)溶液的pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙燒得到五氧化二釩；據以上分析解答。

I、（1）充電時，陰極發(fā)生還原反應，故V3+得電子生成V2+，電極反應為：V3++eV2+；充電時，陽極發(fā)生氧化反應，VO2+-e+H2O=VO2++2H+；溶液的顏色由藍色變?yōu)辄S色；

綜上所述，本題答案是：V3++e =V2+；藍色變黃色。

（2）放電過程為原電池，正極反應為還原反應，由電池總反應可知，放電時的正極反應為：VO2++2H++e =VO2++H2O，正極附近溶液的酸性減弱，pH升高；

綜上所述，本題答案是：升高；

II、（3）濾渣中物質為二氧化硅，可用于制作光導纖維，建筑材料等；

綜上所述，本題答案是：制作光導纖維、建筑材料等。

（4）從圖中釩沉淀率和溶液pH之間的關系可知，當加入氨水調節(jié)溶液的酸堿性，溶液的最佳pH為1.7時，釩沉淀率最高；

綜上所述，本題答案是：1.7。

（5）亞硫酸根離子具有還原性，酸性條件下，能被五氧化二釩氧化生成硫酸根離子，離子反應為：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，所以酸浸過程中氧化產物和還原產物的物質的量之比為1:2；

綜上所述，本題答案是：1:2。

（6）氧化過程中，氯酸鉀具有氧化性，能將VO2+氧化為VO2+，本身被還原為Cl，該反應的離子方程式為：ClO3+6VO2++3H2O6VO2++Cl+6H+；

綜上所述，本題答案是：ClO3+6VO2++3H2O6VO2++Cl+6H+。