Question

從廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂和Fe₂O₃等）中回收V₂O₅的一種生產(chǎn)工藝流程示意圖如圖a：

回答下列問題：
（1）①中廢渣的主要成分是

 

．
（2）完成④中反應的離子方程式：

 

ClO₃^-+

 

VO²⁺+

 

H⁺=

 

VO³⁺+

 

（

 

）+

 

（

 

）
（3）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

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	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

試判斷在實際生產(chǎn)時，⑤中加入氨水調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為

 

；若釩沉淀率為93.1%時不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜

 

．（已知：25℃時，K_sp（Fe（OH）₃）=2.6×10^-39）
（4）全礬液流電池是一種新型電能儲存和高效轉(zhuǎn)化裝置（如圖b所示，a、b均為惰性電極），已知：全礬液流電池的工作原理為：
VO₂⁺+V²⁺+2H⁺   

放電

充電

  VO²⁺+H₂O+V³⁺
V²⁺為紫色，V³⁺為綠色，VO²⁺為藍色，VO₂⁺為黃色．則：
①放電過程中，當轉(zhuǎn)移1.0mol電子時共有1.0mol H⁺從

 

槽遷移進

 

槽（填“左”、“右”）
②當充電時，右槽溶液顏色由

 

色變?yōu)?!--BA-->

 

色．

Answer 1

分析：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅；
（2）依據(jù)氧化還原反應元素化合價變化和電子守恒原子守恒分析配平得到離子方程式；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.6，此時鋇沉淀率達到最大，需要調(diào)節(jié)的pH較��；依據(jù)沉淀溶度積計算分析；
（4）①放電時，正極上的反應：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，負極上發(fā)生V²⁺-e^-=V³⁺的反應；
②充電過程是電解池的工作原理，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應，右槽中是陰極反應，發(fā)生失去電子的氧化反應；

解答：解：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反應，二氧化硅不與酸反應，過濾得到濾渣為二氧化硅，
故答案為：SiO₂；
（2）依據(jù)氧化還原反應元素化合價變化和電子守恒原子守恒分析配平，ClO₃^-中氯元素化合價從+5價變化為-1價，得到電子6，VO²⁺變化為VO³⁺、元素化合價從+4價變化為+5價失電子1，依據(jù)電子守恒、原子守恒配平得到離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O；
故答案為：1；6；6；6；1，Cl^-；3；H₂O；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.7，此時鋇沉淀率達到最大，需要調(diào)節(jié)的PH較小；若釩沉淀率為90%時不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，此時PH=2，氫離子濃度=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據(jù)溶度積計算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol/L，不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜4.0×10^-2mol/L，
故答案為：1.7；2.6×10^-3mol/L；
（4）①根據(jù)題意，放電時左槽溶液顏色由黃色變?yōu)樗{色，即VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，發(fā)生得電子的還原反應，所以此電極是正極，質(zhì)子交換膜是允許氫離子通過的隔膜，放電時，正極上的反應：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，負極上發(fā)生V²⁺-e^-=V³⁺的反應，當轉(zhuǎn)移1.0mol電子時共有1.0mol H⁺從右槽移進左槽；
故答案為：右，左；
②充電過程中，a極是電解池的陽極，充電時和電源的正極相接，該極上發(fā)生失電子的氧化反應，充電時，右槽是電解池的陰極，該極上發(fā)生得電子的還原反應，應該是V³⁺為綠色變化為V²⁺為紫色，綠色變?yōu)樽仙��?br />故答案為：綠、紫；

點評：本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗設計的方法應用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．