题目内容
8．随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用．为回收利用含钒催化剂（含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种用离子变换法回收钒的新工艺，回收率达到91.7%．部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：
| 物质 | VOSO4 | V2O5 | NH4VO3 | （VO2）2SO4 |
| 溶解性 | 可溶 | 难溶 | 难溶 | 易溶 |
请问答下列问题：
（1）工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，其化学方程式可表示为3V2O5+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al2O3
用铝热剂法从下列各金属氧化物中冶炼出各1mol对应的金属，耗铝粉的质量最多的是c（填序号）
a．Fe3O4 b．Ni2O3 c．V2O5 d．MnO2
（2）反应①的化学方程式为V2O5+Na2SO3+2H2SO4=2VOSO4+Na2SO4+2H2O
（3）若反萃取使用硫酸用量过大，进一步处理会增加NH3•H2O（填化学式）的用途，造成成本增大．
（4）反应②的化学方程式为：KClO3+6VOSO4+3H2O=3（VO2）2SO4+KCl+3H2SO4，若反应①用的还原剂与反应②用的氧化剂的物质的量之比为12：7，则废钒催化剂中VOSO4和V2O5的物质的量之比为3：2．
（5）该工艺反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，写出该步发生反应的离子方程式NH4++VO3-=NH4VO3↓
（6）用已知浓度的酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定反应②后溶液中的含钒量，已知该反应的还原产物为VO2+，氧化产物为CO2，则该反应的离子方程式为2VO2++H2C2O4+2H+=2 VO2++2 CO2↑+2 H2O．
（7）钒电池是以溶于一定浓度硫酸溶液中不同价态的钒离子（V2+、V3+、VO2+、VO2+）为正极和负极反应的活性物质，电极均为铂棒，电池总反应为：VO2++V3++H2O$?_{放电}^{充电}$V2++VO2++2H+
①放电时的正极反应为VO2++2H++e-═VO2++H2O
②充电时的阴极反应为V3++e-═V2+．
分析 废钒催化剂粉碎、水浸，将溶解性物质溶于水，然后过滤得到滤渣和滤液，根据溶解性表知，滤液中含有VOSO4，滤渣中含有V2O5等不溶性杂质，向滤渣中加入亚硫酸钠和稀硫酸，亚硫酸钠具有还原性，能将V2O5还原为VOSO4，然后过滤得到滤渣和滤液，将两部分滤液混合并加入氯酸钾，氯酸钾具有氧化性，能将VOSO4氧化为（VO2）2SO4，调节溶液pH为8且采用离子交换方法得到VO3-，向溶液中加入氯化铵，得到难溶性的NH4VO3，焙烧NH4VO3得到V2O5，
（1）铝热反应实质是置换反应，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝；化学方程式电子守恒计算分析判断消耗铝的质量；
（2）由题意和流程图可知反应①的目的，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于分离提纯；
（3）反萃取使用的硫酸用量过大，就需要用碱来中和．
（4）浸取还原过程的产物之一是VOSO4，据流反应的化学方程式．据浸取还原过程和氧化过程的先后两个化学方程式可计算出该催化剂中V2O5、VOSO4的物质的量之比．
（5）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，铵根离子和VO3-反应生成难溶性的NH4VO3；
（6）可用已知浓度的酸化H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，主要产物为CO2和VOSO4，发生反应的离子方程根据氧化还原反应的化合价升降，正五价的钒元素被还原为正四价的钒元素，H2C2O4则被氧化为二氧化碳，写出产物配平可得离子方程；
（7）正极反应是还原反应；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3+得电子生成V2+的反应．
解答 解：（1）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V2O5+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al2O3，用铝热剂法从下列各金属氧化物中冶炼出各1mol对应的金属，依据电子守恒可知，
a．3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3，生成1molFe，电子转移$\frac{8}{9}$×3mol=$\frac{8}{3}$mol；
b．Ni2O3+2Al=2Ni+Al2O3，生成1molNi，电子转移为2mol；
c．3V2O5+10Al=6V+5Al2O3，生成1molV电子转移为$\frac{10}{6}$×3mol=5mol；
d．3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3，生成1molMn电子转移为$\frac{4}{3}$×3mol=4mol；
c电子转移最多耗铝粉的质量最多，
故答案为：3V2O5+10Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6V+5Al2O3，c；
（2）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，反应的化学方程式为V2O5+Na2SO3+2H2SO4=2VOSO4+Na2SO4+2H2O，
故答案为：V2O5+Na2SO3+2H2SO4=2VOSO4+Na2SO4+2H2O；
（3）反萃取使用的硫酸用量过大，就需要用碱来中和，据流程图可知，若反萃取使用硫酸用量过大，进一步处理会增加NH3•H2O的用量，造成成本增大，
故答案为：NH3•H2O；
（4）假设两步所用试剂Na2SO3与KC1O3的物质的量为12mol：7mol，分别据两个方程式：
Na2SO3+V2O5+2H2SO4=2VOSO4+Na2SO4+2H2O KClO3+6VOSO4+3H2SO4═3（VO）2（SO4）3+KCl+3H2O
12mol 12mol 24mol 7mol 42mol
该催化剂中VOSO4的物质的量为42mol-24mol=18mol，因此该催化剂中VOSO4、V2O5的物质的量之比为 18mol：12mol=3：2
故答案为：3：2；
（5）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，铵根离子和VO3-反应生成难溶性的NH4VO3，根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3-，离子方程式为：NH4++VO3-=NH4VO3↓，
故答案为：NH4++VO3-=NH4VO3↓；
（6）测定反应②溶液中钒的含量，可用已知浓度的酸化H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，主要产物为CO2和VOSO4，根据化合价升降，写出离子方程为2VO2++H2C2O4+2H+=2 VO2++2 CO2↑+2 H2O，
故答案：2VO2++H2C2O4+2H+=2 VO2++2 CO2↑+2 H2O；
（7）正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO2++2H++e-═VO2++H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3+得电子生成V2+的反应，电极反应为V3++e-═V2+，
故答案为：VO2++2H++e-═VO2++H2O；V3++e-═V2+．
点评 本题比较综合，涉及氧化还原、离子反应方程式书写、化学反应的计算等，把握习题中的信息及发生的化学反应为解答的关键，注意图象及数据的分析与利用，较好的考查学生分析问题、解决问题的能力，题目难度较大．
A2(g)+B2(g)达到平衡状态的标志是( )
nmolA2的同时消耗n molAB
CH3OH（g）过程中的能量变化情况如下图所示，曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。下列判断正确的是
（已知Ksp[Fe（OH）3]=3.8×10-38； Ksp[Cu（OH）2]=2×10-20；Ksp（ZnS）=1.6×10-24）
下列说法不正确的是（ ）
| A． | 酸浸时FeO与稀HNO3反应的离子方程式为3FeO+10H++NO${\;}_{3}^{-}$═3Fe3++NO↑+5H2O | |
| B． | 将酸浸的尾气循环利用，加入的X气体可以是O2 | |
| C． | 滤渣2中的成分和Zn和Fe | |
| D． | 当溶液中Zn2+浓度为小于1.0×10-5mol•L-1时，则可认为其沉淀完全．若要使Zn2+沉淀完全，溶液中S2-浓度应大于1.6×10-19mol•L-1 |
| A． |  固体氧化物燃料电池 | B． |  碱性燃料电池 | ||
| C． |  质子交换膜燃料电池 | D． |  熔融盐燃料电池 |
| A． | FeO | B． | Fe3O4 | ||
| C． | Fe2O3 | D． | Fe3O4 和Fe2O3混合物 |
| A． | 热化学方程式未注明温度和压强时，△H表示标准状况下的数据 | |
| B． | 热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，只代表物质的量 | |
| C． | 同一化学反应，化学计量数不同，△H不同；化学计量数相同而状态不同，△H也不相同 | |
| D． | 化学反应过程所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比 |
| A． | pH=2与pH=1的硝酸中c（H+）之比为1：10 | |
| B． | Na2CO3溶液中c（Na+）与c（CO32-）之比为2：1 | |
| C． | 0.2 mol•L-1与0.1mol/L醋酸中c （H+）之比为2：1 | |
| D． | NO2溶于水时，被氧化的n（NO2）与被还原的n（NO2）之比为3：1 |