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。
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【题目】NF3是微电子工业中常用的一种等离子蚀刻气体，具有较强的氧化性，工业生产NF3常用的方法有气一液反应法、气一固反应法和电解法等。
（1）气一液反应法中发生的主反应和副反应包括：
3F2(g)+NH3(l)=NF3(g)+3HF(l) △H1
3F2(g)+NH4HF2(l)=NF3(g)+5HF(l) △H2
4F2(g)+2NH3(l)=N2F2(g)+6HF(l) △H3
NH3(l)+2HF(l)=NH4HF2(l) △H4
△H1=_____。部分键能数据如下表所示，△H3=_____kJ/mol。
化学键 | N-N | N=N | N | H-F | F-F | N-H | N-F |
键能（kJ/mol） | 159 | 456 | 946 | 565 | 153 | 389 | 272 |
（2）气一固反应法主要包括两步反应：
(NH4)3AlF6(s)+6F2(g)
2NF3(g)+8HF(g)+NH4AlF4(s) 反应Ⅰ
NH4AlF4(s)+3F2(g)NF3(g)+4HF(g)+ AlF3(s) 反应Ⅱ
反应I的平衡常数K1和反应II的平衡常数的关系是___。若在恒温、恒容的密闭容器中模拟气一固反应法（固体足量)，起始时F2的浓度为5mol/L，反应过程中容器中压强一随时间变化曲线如图所示，则前2min的平均反应速率v(NF3)=___mol/(Lmin)，该温度下K2=___。
（3）电解法是通过电解含氟的熔融盐生产NF3，其原理如图所示。a需要接电源的____(填“正极”或“负极”)，生成气体A的电极反应是____。
（4）用NF3对多晶硅电子元件进行蚀刻时不会在电子元件表面形成任何残留物，其原因是_____。（用化学用语解释）
【题目】电解质水溶液中存在电离平衡、水解平衡、溶解平衡，请回答下列问题。
（1）已知部分弱酸的电离平衡常数如下表：
弱酸 | HCOOH | HCN | H2CO3 |
电离平衡常数（25℃） | Ka=1.77×10－4 | Ka=5.0×10－10 | Ka1=4.3×10－7 Ka2=5.6×10－11 |
①HCOONa、NaCN、NaHCO3、Na2CO3这4种溶液中阴离子结合质子能力最强的是__________________。
②体积相同、c(H+)相同的三种酸溶液①HCOOH；②HCN；③H2SO4分别与同浓度的NaOH溶液完全中和，消耗NaOH溶液的体积由大到小的排列顺序是(填序号) _____________；
（2）一定浓度的NaCN溶液pH=9，用离子方程式表示呈碱性的原因是___________；此时c(HCN)/c(CN-)=______________。
（3）已知CaCO3的Ksp=2.8×l0-9，现将浓度为5.6×l0-4mol/LNa2CO3溶液与CaCl2溶液等体积混合，则生成CaCO3沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为__________ mol/L。
【题目】磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。废旧电池正极片（磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等）可再生利用，其工艺流程如下：
已知：碳酸锂在水中的溶解度，0℃时为1.54g，90℃时为0.85g，100℃时为0.71g。
（1）上述流程中至少需要经过______次过滤操作。
（2）“氧化”发生反应的离子方程式为__________；若用HNO3代替H2O2不足之处是_____。
（3）①已知Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39。常温下，在Fe(OH)3悬浊液中，当溶液的pH=3.0时，Fe3+的浓度为________mol/L。
②实际生产过程中，“调节pH”生成沉淀时，溶液pH与金属元素的沉淀百分率(ω)的关系如下表：
pH | 3.5 | 5.0 | 6.5 | 8.0 | 10.0 | 12.0 |
ω(Fe)/% | 66.5 | 79.2 | 88.5 | 97.2 | 97.4 | 98.1 |
ω(Li)/% | 0.9 | 1.3 | 1.9 | 2.4 | 4.5 | 8.0 |
则最佳的沉淀pH=________。
（4）“沉锂" 时的温度应选（填标号）______为宜，并用___洗涤（填“热水" 或“冷水"）。
a．90℃ b．60 ℃ c．30 ℃ d．0 ℃
（5）磷酸亚铁锂电池在工作时，正极发生LiFePO4和FePO4的转化，该电池放电时正极的电极反应式为________。
（6）工业上可以用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高温焙烧制备 LiFePO4，该反应的化学方程式为________
