Question

8．已知钒的化合物在水溶液中存在多种离子形式：V²⁺（紫色）、V³⁺（绿色）、VO²⁺（蓝色）、VO₂⁺（淡黄色）、VO₄^3-（无色）、V₅O₁₄^3-（红棕色）等．
（1）如果向酸性的VSO4溶液中滴加高锰酸钾溶液，溶液出现的颜色变化是紫色→绿色Ⅰ→蓝色→绿色Ⅱ→黄色．
①第一次出现绿色发生反应的离子方程式是5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②第二次出现绿色时溶液中的主要阳离子是VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺
（2）向酸性淡黄色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液调节pH，溶液会出现一定的颜色变化，最终变为无色．若向所得溶液中加入硫酸，则现象恰好相反．由给出的钒所形成的离子的信息可知，在调节PH过程中会出现红棕 色，用离子方程式表示过程中出现该颜色的特征：5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O
（3）VO₂⁺加入氨水中可以得到NH₄VO₃．
①室温下，NH₄VO₃在水中的Ksp曲线如图1所示，则Ksp（NH₄VO₃）=3×10^-8

②热重分析可探究化学变化的历程，某研究小组取234g NH₄VO₃进行探究，焙烧过程中减少的质量随温度变化的曲线如图2所示，则B是HVO₃ （填化学式，后同），C是V₂O₅
（4）钒液流电池具有广泛的应用领域和市场前景．如图3所示为电池充电时的部分工作原理，电池放电时负极是Y （填“X”或“Y”），电池充电时阳极的电极反应式是VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①因为V²⁺被酸性高锰酸钾溶液氧化，第一次出现绿色，与V²⁺价态最接近的是V³⁺，KMnO₄被还原为Mn²⁺；
②第二次出现绿色是蓝色和黄色混合后的颜色，溶液出现的颜色变化是紫色→绿色Ⅰ→蓝色→绿色Ⅱ→黄色，结合离子颜色分析；
（2）向酸性淡黄色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液调节PH，V元素的化合价不变，随着PH的增大，H⁺被中和，V元素结合O元素的比例增大，可能出现的含钒的离子除VO₂⁺（淡黄色）与VO₄^3-（无色）之外，还有V₅O₁₄^3-，只有V₅O₁₄^3-为红棕色；
（3）①室温下，由NH₄VO₃在水中的Ksp曲线可知，Ksp（NH₄VO₃）=c（NH₄⁺）•c（VO₃^-）计算；
②234g NH₄VO₃的物质的量为2mol，A→B质量减少34g，则减少的是2mol NH₃的质量，故B为HVO₃，结合元素守恒计算判断化学式；
（4）由题图中电池充电时的部分工作原理可知，H⁺移向阴极区，即X是阳极，Y是阴极，故电池放电时Y是负极；电池充电时，阳极发生氧化反应VO₂⁺（淡黄色）失电子生成VO²⁺（蓝色）；

解答 解：（1）①因为V²⁺被酸性高锰酸钾溶液氧化，第一次出现绿色，与V²⁺价态最接近的是V³⁺，KMnO₄被还原为Mn²⁺，故反应的离子方程式是：5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案为：5V²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5V³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②第二次出现绿色是蓝色和黄色混合后的颜色，故溶液中有VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺4种阳离子，
故答案为：VO₂⁺、VO²⁺、Mn²⁺、H⁺；
（2）向酸性淡黄色的（VO₂）₂SO₄溶液中加入NaOH溶液调节PH，V元素的化合价不变，随着PH的增大，H⁺被中和，V元素结合O元素的比例增大，可能出现的含钒的离子除VO₂⁺（淡黄色）与VO₄^3-（无色）之外，还有V₅O₁₄^3-，只有V₅O₁₄^3-为红棕色．注意调节PH，转化是可逆的：5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O，
故答案为：红棕；5VO₂⁺+8OH^-?V₅O₁₄^3-+4H₂O、V₅O₁₄^3-+12OH^-?5VO₄^3-+6H₂O；
（3）①室温下，由NH₄VO₃在水中的Ksp曲线可知，Ksp（NH₄VO₃）=c（NH₄⁺）•c（VO₃^-）=3×10^-4×1×10^-4=3×10^-8，
故答案为：3×10^-8；
②234g NH₄VO₃的物质的量为2mol，A→B质量减少34g，则减少的是2mol NH₃的质量，故B为HVO₃ ，再失重即变成钒的氧化物，234g-42g=192g，含氧原子的物质的量是（192-2×51）g÷18g•mol^-1=5mol，故C是V₂O₅，
故答案为：HVO₃；V₂O₅；
（4）由题图中电池充电时的部分工作原理可知，H⁺移向阴极区，即X是阳极，Y是阴极，故电池放电时Y是负极；电池充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式是：VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺，
故答案为：Y；VO₂⁺+H₂O-e^-=VO²⁺+2H⁺；

点评 本题考查了氧化还原反应原理、电极原理分析判断、离子颜色变化和离子反应过程分析应用，注意题干信息的应用和离子颜色变化判断得到产物的离子方程式书写，掌握基础是解题关键，题目难度中等．