Question

【题目】五氧化二钒常用作化学工业中的催化剂，广泛用于冶金、化工生产。一种以钒渣(主要含有V2O3，还有少量FeO、Al2O3、SiO2等)为原料生产V2O5的工艺流程如图：

已知：VO+H2OVO+2H+

(1)“焙烧”时，V2O3转化为NaVO3的化学方程式是___。

(2)滤渣1为___(填化学式)，“酸浸”后，调pH=7.6，除了得到沉淀Fe(OH)3、___，另一个目的是___。

(3)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)的离子方程式是___。图1是沉钒率随温度的变化曲线，温度高于80℃，沉钒率下降，其可能原因是___。

(4)在“煅烧”过程中，固体残留率(剩余固体质量/原始固体质量x100%)随温度变化的曲线如图2所示。NH4VO3分解过程中，先后失去的物质分别是___、___。(填化学式)

(5)金矾液流电池的电解质溶液为VOSO4溶液，电池的工作原理为VO2+＋V2++2H+VO2++H2O+V3+，电池充电时，阳极的电极反应式为___。

Answer 1

【答案】V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2 H2SiO3 Al(OH)3 使VO+H2OVO+2H+平衡正向移动，VO更多的转化为VO NH+VO=NH4VO3↓ 温度高于80℃，NH水解程度增大成为主要因素，使NH浓度减小，沉钒率下降或温度升高NH4VO3溶解度增大或温度升高铵盐分解 NH3 H2O VO2++H2O-e-=VO+2H+

【解析】

钒渣(主要含有V2O3，还有少量FeO、Al2O3、SiO2等)混合碳酸钠在空气中焙烧，V2O3转化为NaVO3同时铁元素被氧化、SiO2转化为Na2SiO3；再用足量稀硫酸浸取，得到的溶液中主要含有VO、Fe3+、Al3+，滤渣1为不溶于稀硫酸的H2SiO3；之后调节溶液pH值使Fe3+、Al3+转化为沉淀，滤渣2主要为Fe(OH)3、Al(OH)3，同时pH增大使VO+H2OVO+2H+平衡正向移动；之后加入硫酸铵得到NH4VO3沉淀，过滤煅烧沉淀得到V2O5。

(1)V2O3与碳酸钠混合在空气中煅烧，转化为NaVO3的过程中V元素被氧气氧化，根据电子守恒和元素守恒可得化学方程式为V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2；

(2)滤渣1为不溶于稀硫酸的H2SiO3；根据分析可知调pH=7.6，得到的沉淀有Fe(OH)3、Al(OH)3，pH增大使VO+2OVO+2H+平衡正向移动，VO更多的转化为VO；

(3)沉钒过程发生复分解反应，离子方程式为NH+VO=NH4VO3↓；铵根在水溶液中会发生水解，水解为吸热反应，温度高于80℃，NH水解程度增大成为主要因素，使NH浓度减小，沉钒率下降；同时温度升高NH4VO3溶解度增大；且铵盐不稳定，温度升高铵盐分解；

(4)根据铵盐的性质，NH4VO3分解产生氨气和HVO3，根据题意可知HVO3又分解产生V2O5；假设初始NH4VO3的质量为117g，物质的量为1mol，根据元素守恒可知分解过程中会产生1molNH3和0.5molH2O；A点减少的质量为117g×(1-85.47%)=17g，刚好是1molNH4VO3中的NH3，所以起点到A点失去的物质是NH3；A点到B点减少的质量为117g×(85.47%-77.78%)=9g，刚好是0.5molH2O的质量，所以A到B失去的是H2O；

(5)充电时阳极失电子发生氧化反应，根据电池总反应可知，阳极的电极反应式为VO2++H2O-e-=VO+2H+。