Question

为回收利用废钒催化剂(含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

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

回答下列问题：

(1)工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，写出该反应的化学方程式________________。

(2)图中所示滤液中含钒的主要成分为____________(写化学式)。

(3)用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，完成反应的离子方程式为VO＋H₂C₂O₄＋________===VO^2＋＋CO₂↑＋H₂O。

(4)全钒液流电池的结构如图所示，其电解液中含有钒的不同价态的离子、H^＋和SO。电池放电时，负极的电极反应为V^2＋－e^－===V^3＋。

①电池放电时的总反应方程式为__________________。充电时，电极M应接电源的________极；

②若电池初始时左、右两槽内均以VOSO₄和H₂SO₄的混合液为电解液，使用前需先充电激活，充电过程阴极区的反应分两步完成：第一步VO^2＋转化为V^3＋；第二步V^3＋转化为V^2＋。则第一步反应过程中阴极区溶液n(H^＋)________(填“增大”、“不变”或“减小”)，阳极的电极反应式为______________。

Answer 1

答案　(1)3V₂O₅＋10Al6V＋5Al₂O₃　(2)VOSO₄

(3)2　1　2　H^＋　2　2　2

(4)①VO＋V^2＋＋2H^＋===VO^2＋＋V^3＋＋H₂O　正

②减小　VO^2＋＋H₂O－e^－===VO＋2H^＋

解析　(1)铝热反应实质是置换反应，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝。(2)根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分。(3)离子方程式中一定满足得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒。(4)①由负极电极反应式可知M为正，发生还原反应，VO＋e^－＋2H^＋===VO^2＋＋H₂O，即可写出总方程式，依据充电时正接正，负接负知M与电源的正极相连。②充电时阴极区第一步的电极反应为VO^2＋＋e^－＋2H^＋===V^3＋＋H₂O，在阴极区放电时消耗2个H^＋，通过交换膜移动来1个H^＋，则n(H^＋)减小。阳极VO^2＋发生氧化反应生成VO＋₂＋2H^＋。