Question

为回收利用废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

 
回答下列问题：
（1）工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为_____________。
（2）滤液中含钒的主要成分为______________（填化学式）。
（3）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，该步反应的离子方程式____；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度。根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为___________、_________℃。

（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，反应方程式为：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺＝2VOⁿ⁺ + 2CO₂↑+ mH₂O，其中n、m分别为______________、________ 。
（5）全钒液流电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为：
电池放电时正极的电极反应式为                            。

Answer 1

（15分）（1）V₂O₅(1分)（2）VOSO₄(2分)（3）NH₄⁺＋VO₃^- ＝NH₄VO₃↓(2分)；
4(2分)；80(2分） （4）2(2分)；2(2分） （5）VO₂⁺+ 2H⁺+e－= VO²⁺+H₂O(2分)

试题分析：（1）铝和五氧化二钒发生铝热反应的方程式为：3V₂O₅+10Al6V+5Al₂O₃，反应中氧化剂是V₂O₅；
（2）根据溶解性表知，V₂O₅难溶，VOSO₄可溶，因此滤渣是V₂O₅，滤液中含矾的主要成分的化学式为VOSO₄；
（3）根据NH₄VO₃难溶可知，反应③是复分解反应，方程式为NH₄⁺＋VO₃^- ＝NH₄VO₃↓；根据图像可知氯化铵系数为4、温度为80℃时沉淀率最高，所以最佳控制氯化铵系数和温度为4和80℃。
（4）根据方程式2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺＝2VOⁿ⁺ + 2CO₂↑+ mH₂O可知草酸中碳元素的化合价从+3价升高到+4价，失去1个电子，1mol草酸失去2mol电子，则根据电子得失守恒可知氧化剂得到2mol电子，所以1mol VO₂⁺得到1mol电子，V元素的化合价从+5价降低+4价，因此n＝2；根据氢原子守恒可知m＝2。
（5）放电是原电池，正极得到电子，则根据总反应式可知，放电时VO₂⁺得到电子，电极反应式为 VO₂⁺+ 2H⁺+e－＝VO²⁺+H₂O。