Question

【题目】钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。

（1）V2O5是接触法制硫酸的催化剂。

①已知25℃，10lkPa时：

2SO2（g）+O2（g）+2H2O（1）=2H2SO4（1） △H = -457kJ·mol-l

SO3（g）+H2O（1）=H2SO4（1） △H= -130kJ·mol-l

则反应2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）的△H=_______kJ·mol-l。使用V2O5作催化剂后该反应逆反应的活化能______（填“增大”、“不变”或“减小”）。

②SO2水溶液可与SeO2反应得到硫酸，当有79gSe生成时，转移电子的物质的量为______mol，此反应的化学方程式是___________________________。

（2）全钒液流电池的结构如图所示，其电解液中含有钒的不同价态的离子、H+和SO42－。电池放电时，负极的电极反应为：V2+－e一=V3+。

①电池放电时的总反应方程式为____________。充电时，电极M应接电源的____________极。

②若电池初始时左、右两槽内均以VOSO4和H2SO4的混合液为电解液，使用前需先充电激活，充电过程阴极区的反应分两步完成：第一步VO2+转化为V3+；第二步V3+转化为V2+。则第一步反应过程中阴极区溶液n（H+）______（填“增大”、“不变”或“减小”），阳极的电极反应式为：_______________。

Answer 1

【答案】-197 减小 4 2SO2+SeO2+2H2O=2H2SO4+Se VO2++V2++2H+=VO2++V3++H2O 正极 减小 VO2++H2O-e= VO2++2H+

【解析】

（1）①根据盖斯定律求△H。催化剂能降低正、逆反应的活化能，同等程度地加快正逆反应速率。

②SO2水溶液可与SeO2反应得到硫酸，SeO2转化为Se，根据Se的化合价变化和Se的质量可得转移电子的物质的量，根据电子守恒和质量守恒写出此反应的化学方程式。

（2）①根据电池放电时，负极的电极反应为：V2+－e一=V3+可知正极是VO2+转化为VO2+，可写出电池放电时的总反应方程式。充电时，原电池的负极接直流电源的负极，原电池的正极接直流电源的正极。

②第一步VO2+转化为V3+，写出电极反应式判断溶液n（H+）的变化，阳极是VO2+失电子生成VO2+。

（1）①已知：2SO2（g）+O2（g）+2H2O（1）=2H2SO4（1） △H = -457kJ·mol-l

SO3（g）+H2O（1）=H2SO4（1） △H= -130kJ·mol-l，根据盖斯定律，2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）的△H= -457kJ·mol-l—2×（-130kJ·mol-l）= -197 kJ·mol-l；使用催化剂，降低活化能，使反应速率加快。

②Se元素由+4价降低为0，所以当有79gSe生成时，转移转移电子的物质的量为：79g÷79g/mol×4=4mol；根据氧化还原反应规律，SO2、SeO2、H2O反应生成H2SO4和Se，配平可得化学方程式：2SO2+SeO2+2H2O=2H2SO4+Se

（2）①根据电池结构图，放电时负极V2+－e一=V3+，则正极上VO2+得电子生成VO2+，所以放电时的总反应方程式为：VO2++V2++2H+=VO2++V3++H2O；电极M为电池的正极，充电时应接电源的正极。

②第一步VO2+转化为V3+的电极反应式为：VO2++4H++2e= V3++2H2O，消耗了H+，所以阴极区溶液n（H+）减小；阳极上VO2+失电子生成VO2+，所以电极方程式为：VO2++ H2O-e= VO2++2H+。