Question

1．钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池．从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如图1：

部分含钒化合物在水中的溶解性如表：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	（VO2）2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有VO₂⁺和Al³⁺
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是Al（OH）₃（写化学式）．
（3）反应④的离子方程式为VO₃^-+NH₄⁺=NH₄VO₃↓．
（4）25℃、101 kPa时，4Al（s）+3O₂（g）═2Al₂O₃（s）△H₁=-a kJ/mol
4V（s）+5O₂（g）═2V₂O₅（s）△H₂=-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是10Al（s）+3V₂O₅（s）=5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$KJ/mol．
（5）钒液流电池（如图2所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过．电池放电时负极的电极反应式为V²⁺-e^-=V³⁺，电池充电时阳极的电极反应式是VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺．
（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO+H₂C₂O₄+2H⁺═2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O．取25.00mL 0.1000 mol/LH₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0mL，由此可知，该（VO₂）₂SO₄溶液中钒的含量为10.6g/L．

Answer 1

分析 反应①用硫酸溶解含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣），生成（VO₂）₂SO₄和硫酸铝，SiO₂等不溶性杂质过滤除去；反应②是用碳酸钠溶液与（VO₂）₂SO₄和硫酸铝反应，与（VO₂）₂SO₄反应生成NaVO₃，碳酸根离子与铝离子水解相互促进生成Al（OH）₃沉淀；反应④是NaVO₃溶液与氯化铵反应生成NH₄VO₃沉淀，加热NH₄VO₃分解为V₂O₅，据此解答（1）（2）（3）；
（4）据已知热化学方程式和待求热化学方程式，利用盖斯定律计算；
（5）钒液流电池放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，充电时，阳极发生氧化反应；
（6）先据反应方程式和滴定数据计算（VO₂）₂SO₄溶液中c（VO₂⁺）的物质的量浓度，再计算该（VO₂）₂SO₄溶液中钒的含量．

解答 解：（1）用硫酸溶解含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣），生成（VO₂）₂SO₄和硫酸铝，溶液中的阳离子除氢离子外还有VO₂⁺和Al³⁺，
故答案为：VO₂⁺和Al³⁺；
（2）含杂质的（VO₂）₂SO₄溶液用碳酸钠溶液碱浸生成含杂质的NaVO₃溶液，Al（OH）₃不溶于弱碱，所以反应②碱浸后滤出的固体主要成分是Al（OH）₃，
故答案为：Al（OH）₃；
（3）据工艺流程图可知，反应④的离子方程式为VO₃^-+NH₄⁺=NH₄VO₃，故答案为：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
据盖斯定律，（①×5-②×3）÷2得：10Al（s）+3V₂O₅（s）=5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$KJ/mol，
故答案为：10Al（s）+3V₂O₅（s）=5Al₂O₃（s）+6V（s）△H=-$\frac{5a-3b}{2}$KJ/mol；
（5）钒液流电池放电时负极发生氧化反应，据图可知，电极反应式为V²⁺-e^-=V³⁺，正极发生还原反应，充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺；故答案为：V²⁺-e^-=V³⁺；VO²⁺-e^-+H₂O=VO₂⁺+2H⁺；
（6）据滴定数据，结合离子方程式c（VO₂⁺）=$\frac{2×25.0mL×0.100mol/L}{24.0mL}$=0.2083mol/L，所以1L溶液中含V的质量为0.2083mol/L×1L×51g/mol=10.6g，
故答案为：10.6．

点评 本题通过从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程考查了氢氧化铝的两性、离子方程式书写、盖斯定律、电极反应式书写以及物质含量的计算，题目难度较大．