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5.钒的化合物常用于制作催化剂和新型电池.回答下列问题:
(1)金属钒可由铝热反应制得.已知25℃、101kPa时,
4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s)△H1=a kJ•mol-1
4V(s)+5O2(g)=2V2O5(s)△H2=b kJ•mol-1
则用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式为10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s)△H=(2.5a-l.5b)kJ•mol-1
(2)V2O5为橙黄至砖红色固体,无味、有毒,微溶于水,是许多有机和无机反应的催化剂.图1表示的是25℃时,部分含钒微粒的存在形式、浓度和存在的pH范围(其余可溶性微粒均未标出),图中“[V]”表示含钒微粒的浓度,虚线表示[V]或pH的范围尚未准确确定.

①V2O5溶于足量2mol•L-1NaOH溶液中,发生反应的离子方程式为V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O,向反应后的溶液中,滴加硫酸溶液至过量(pH<1)的过程中,开始溶液保持澄淸,滴加一段时间后,观察到有橙黄色沉淀产生,继续滴加硫酸溶液,沉淀又消失.则沉淀消失过程中发生反应的化学方程式为V2O5+H2SO4═(VO22SO4+H2O.
②上述滴加硫酸溶液的过程中,先后发生如图2的反应:
则“X所示区域溶液中的离子”不可能是b(填序号);
a.V3O93-b.V4O103-   c.V4O124-
(3)V2O5是反应2SO2+O2?2SO3的催化剂.其他条件不变,加入V2O5后,该反应的速率加快的原因
是加入V2O5后,反应路径发生改变,反应的活化能降低,反应速率加快;恒温恒压下,加人V2O5,该反应的平衡常数不变 (填“增大”、“减小”或“不变”);
(4)图3所示为可充电的全钒液流电池构造示意图,该电池中的隔膜只允许H+通过.电池放电时,负极区溶液的pH将增大(填“增大”、“减小”或“不变”),电池充电时,阳极的电极反应式为VO2+-e-+H2O═VO2++2H+

分析 (1)①4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s)△H1=a kJ•mol-1
②4V(s)+5O2(g)=2V2O5(s)△H2=b kJ•mol-1
盖斯定律计算,(①×5-②×3)×$\frac{1}{2}$得到用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式;
(2)①V2O5溶于足量2mol•L-1NaOH溶液中生成Na3VO4和水;沉淀消失过程中发生反应是V2O5和硫酸反应生成(VO22SO4和H2O;
②上述滴加硫酸溶液的过程中,先后发生如图2的反应,结合图象中微粒存在的PH分析判断;
(3)催化剂降低反应的活化能加快反应速率;平衡常数随温度变化;
(4)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.

解答 解:(1)①4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s)△H1=a kJ•mol-1
②4V(s)+5O2(g)=2V2O5(s)△H2=b kJ•mol-1
盖斯定律计算,(①×5-②×3)×$\frac{1}{2}$得到用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式为:10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s)△H=(2.5a-l.5b)kJ•mol-1
故答案为:10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s)△H=(2.5a-l.5b)kJ•mol-1
(2)①图可知碱性条件下,以VO43-存在,V2O5溶于足量2mol•L-1NaOH溶液中生成Na3VO4和水,反应的离子方程式为:V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O,沉淀消失过程中发生反应是V2O5和硫酸反应生成(VO22SO4和H2O,反应的化学方程式为:V2O5+H2SO4═(VO22SO4+H2O,
故答案为:V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O;V2O5+H2SO4═(VO22SO4+H2O;
②上述滴加硫酸溶液的过程中,先后发生如图2的反应:H2VO4-缩水后,V的化合价不变,则“X所示区域溶液中的离子”不可能是V4O103-,选b,
故答案为:b;
(3)V2O5是反应2SO2+O2?2SO3的催化剂.其他条件不变,加入V2O5后,该反应的速率加快的原因是:加入V2O5后,反应路径发生改变,反应的活化能降低,反应速率加快,平衡常数只随温度变化,恒温恒压下,加人V2O5,该反应的平衡常数不变,
故答案为:加入V2O5后,反应路径发生改变,反应的活化能降低,反应速率加快;不变;
(4)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+,氢离子移向正极,正极发生还原反应,负极区溶液PH增大,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:增大;VO2+-e-+H2O═VO2++2H+

点评 本题考查了热化学方程式书写、图象分析判断、反应离子方程式书写、原电池和电解池原理等,主要是题干信息的分析应用,掌握基础是解题关键,题目难度中等.

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