Question

【题目】全钒液流电池（简称钒电池）是一种新型酸性硫酸盐电池。回答下列问题：

I．钒电池原理如图所示：

（1）当放电时右槽溶液颜色逐渐由紫变绿，电极b为____极。电极a反应式为________。

（2）充电过程中，若转移0.5 mol电子，质子交换膜左侧电解液中n(H+)的变化量为__________。

II．钒电池失效后，废电解液的回收利用的一种工艺如下：

已知：①＋5价钒在溶液中存在如下平衡：VO2+＋H2OVO3-＋2H＋。

②部分含钒物质在水中的溶解性见下表：

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

（3）氧化工序中，其它价态的钒全部氧化成VO2+，完成V2+氧化的离子方程式：______

　 V2+＋　 ClO3-＋　 _____＝　 VO2+＋　 Cl－＋　 ____

（4）氧化工序中，NaClO与NaClO3均可用作氧化剂，不选择NaClO的理由是_____

（5）浓缩工序中，加入NaOH的作用是___________

（6）沉钒工序的化学方程式为_____________

（7）煅烧偏钒酸铵时，固体质量随温度变化的曲线如下图所示。加热到100 ℃ ~ 200 ℃时，产生的一种气体是_______（填分子式）；加热到400 ℃时，得到的固体产物是______（填名称）。

Answer 1

【答案】 负 VO2++2H++e-=VO2++H2O 0.5mol ： 2 V2+＋ 1 ClO3-＋ 1 H2O＝ 2 VO2+＋ 1 Cl－＋ 2 H+ NaClO易变质 使VO2+＋H2OVO3-＋2H＋平衡向右移动（或：使VO2+转化为VO3- 2NaVO3＋(NH4)2SO4＝Na2SO4＋2NH4VO3↓ NH3 五氧化二钒

【解析】I.（1）放电时右槽溶液颜色逐渐由紫变绿，b为负极，V2+失电子，发生氧化反应，生成V3+；因为是质子交换膜，所以a极（正极）发生：VO2++2H++e-=VO2++H2O。

（2）充电时，左侧发生VO2++H2Oe-=VO2++2H+，转移0.5 mol电子，质子交换膜左侧电解液中n(H+)的变化量为0.5 mol。

II.试题分析：由流程结合已知，酸性废电解液中的钒元素被NaClO3氧化为VO2+，在NaOH作用下，VO2+＋H2OVO3-＋2H＋平衡右移变为VO3-，加入(NH4)2SO4使VO3-转化为NH4VO3沉淀，经过滤、干燥得到NH4VO3。

（3）因为废电解液显酸性，所以根据原子守恒和电荷守恒可得：2V2+＋ClO3-＋H2O＝2VO2+＋Cl－＋2H+。

（4）由于NaClO在空气中容易吸收CO2和H2O而变质，故氧化工序中，不选择NaClO作氧化剂。

（5）由已知：①＋5价钒在溶液中存在如下平衡：VO2+＋H2OVO3-＋2H＋，所以浓缩工序中，加入NaOH使上述平衡向右移动，促进VO2+转化为VO3-。

（6）由已知：②NH4VO3难溶于水，所以沉钒工序中，向NaVO3溶液中加入(NH4)2SO4，生成NH4VO3沉淀和Na2SO4，化学方程式为：2NaVO3＋(NH4)2SO4＝Na2SO4＋2NH4VO3↓。

（7）在空气中煅烧偏钒酸铵时，发生的反应有：

结合曲线图可知，加热到100℃~200℃时，产生的气体是NH3，加热到400℃时，得到的固体产物是V2O5。