题目内容
【题目】钒（V）为过渡元素，可形成多价态化合物，全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能系统，工作原理如下图：
已知：
离子种类 | VO2+ | VO2+ | V3+ | V2+ |
颜色 | 黄色 | 蓝色 | 绿色 | 紫色 |
（1）全钒液流电池放电时V2+发生氧化反应，该电池放电时总反应式是_______
（2）当完成储能时，正极溶液的颜色是 __________
（3）质子交换膜的作用是_________
（4）含钒废水会造成水体污染，对含钒废水（除VO2+外，还含Fe3+等）进行综合处理可实现钒资源的回收利用，流程如下：
已知溶液酸碱性不同钒元素的存在形式不同：
钒的化合价 | 酸性 | 碱性 |
+4价 | VO2+ | VO(OH)3- |
+5价 | VO2+ | VO43- |
①滤液中钒元素的主要存在形式为_______
②滤渣在空气中由灰白色转变为红褐色，用化学用语表示加入NaOH后生成沉淀的反应过程_______________、____________。
③萃取、反萃取可实现钒的分离和富集，过程可简单表示为（HA为有机萃取剂）：
萃取时必须加入适量碱，其原因是 __________
④纯钒可由熔盐电解法精炼，粗钒（含杂质）作____极。
【答案】V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O 黄色 阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流 VO(OH)3- Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率 阳极
【解析】
（1）B极是V2+失电子发生氧化反应生成V3+，A极VO2+得到电子发生还原反应生成VO2+，根据电极反应式书写总反应式；
（2）储能为充电过程，正极和外接电源正极相连，本身作阳极发生氧化反应，电极反应方程式为：VO2+- e-+H2O= VO2++2H+；
（3）质子交换膜的作用是阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流；
（4）①由流程可知滤液为碱性且加入铁粉后VO2+被还原为VO(OH)3-；
②Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 。
③分析平衡，
，加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率；
④电解法精炼钒，用粗钒作阳极，发生氧化反应。
（1）因为放电时，已知B极是V2+失电子发生氧化反应生成V3+，所以A极会得到电子发生还原反应，故电极反应方程式为：VO2++e-+2H+=VO2++H2O，故电池放电时总反应式是V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O，
故答案是：V2+ +VO2++2H+=V3++VO2++H2O；
（2）储能为充电过程，正极和外接电源正极相连，本身作阳极发生氧化反应，电极反应方程式为：VO2+- e-+H2O= VO2++2H+，所以当完成储能时，正极溶液的颜色是黄色；
故答案是：黄色；
（3）由电池放电时总反应式V2++VO2++2H+=V3++VO2++H2O可知，两电极的物质混合会发生反应，故质子交换膜的作用是阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流；
故答案是：阻隔氧化剂与还原剂，使氢离子通过形成电流；
（4）①根据表中信息，由流程可知滤液为碱性且加入铁粉后VO2+被还原为VO(OH)3-，所以钒元素的主要存在形式为VO(OH)3-，
故答案是：VO(OH)3-；
②加入氢氧化钠之后，由灰白色转变为红褐色，这是亚铁离子转化为铁离子，反应过程为Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3。
故答案为：Fe2+ + 2OH-=Fe(OH)2↓； 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3；
③分析平衡，，加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率，
故答案为：加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率；
④电解法精炼钒，用粗钒作阳极，发生氧化反应，
故答案为：阳极。
【题目】下表为元素周期表的一部分，请参照元素①－⑩在表中的位置，用相应的化学用语回答下列问题：
族 周期 | IA | 0 | ||||||
1 | ① | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA | |
2 | ② | ③ | ④ | ⑤ | ||||
3 | ⑥ | ⑦ | ⑧ | ⑨ | ⑩ | |||
(1)表中用序号标出的10种元素中，化学性质最不活泼的元素的原子结构示意图是_____________________________。
(2)④、⑥、⑧的原子半径由小到大的顺序为___________（用元素符号作答）。
(3)②、③、⑨的最高价氧化物的水化物的酸性由弱到强的顺序是______________（用化学式作答）。
(4)由表中两种元素的原子按1：1组成的共价化合物M，M为常见液态化合物，其稀溶液易被催化分解，请写出M的电子式_____________，M的结构式_____________。
(5)写出⑦元素的最高价氧化物对应水化物分别与元素⑥、⑧的最高价氧化物对应水化物的水溶液反应的离子方程式_____________、_____________。
(6)⑥的金属性强于⑦，下列表述中能证明这一事实的是_____________。
a．⑥的单质和⑦的单质熔沸点不同
b．⑥的最高价氧化物水化物的碱性比⑦的最高价氧化物水化物的碱性强
c．⑦最外层的电子数比⑥多
d．⑦的单质与稀盐酸反应比⑥的缓和一些
(7)①和④形成的气态氢化物与①和⑧形成的气态氢化物相比较，_____________沸点高（填化学式），理由是_______________________________________。
【题目】运用相关原理，回答下列各小题：
(1)25℃时，某FeCl3溶液的pH=2，则此溶液中由水电离产生的c(OH-)=___________；用离子方程式表示FeCl3溶液用于净水的原因：______________________。
(2)已知NaHSO4在水中的电离方程式 NaHSO4 ＝ Na+＋H+＋SO42-。在NaHSO4溶液中c(H+)______c(OH-)＋c(SO42-)(填“>”、“＝”或“<”下同)；用硫酸氢 钠与氢氧化钡溶液制取硫酸钡，若溶液中SO42-完全沉淀，则反应后溶液的pH______7
(3)分析下表提供的数据：
化学式 | 电离常数 |
HClO | Ka＝3×10-8 |
H2CO3 | Ka1＝4.3×10-7 |
Ka2＝5.6×10-11 |
①84消毒液(有效成分为NaClO)久置于空气中会失效，写出发生反应的离子方程式： _____________________________________________
②判断在等浓度的NaClO、NaHCO3混合溶液中，各种离子浓度由大到小的顺序： ____________