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15．金属钒被誉为“合金的维生素”，常用于催化剂和新型电池．钒（V）在溶液中主要以VO43-（黄色）、VO2+（浅黄色）、VO2+（蓝色）、V3+（绿色）、V2+（紫色）等形式存在．回答下列问题：

（1）工业中利用V2O5制备金属钒．
4Al（s）+3O2（g）=2Al2O3（s）△H1=-2834kJ/mol
4V（s）+5O2（g）=2V2O5（s）△H2=-3109kJ/mol
写出V2O5与A1反应制备金属钒的热化学方程式10Al（s）+3V2O3（s）=5Al2O3（s）+6V（s）△H=-2421.5kJ/mol．
（2）V2O5是一种重要的氧化物，具有以下性质：
①V2O5在强碱性溶液中以VO43-形式存在，试写出V2O5溶于NaOH溶液的离子方程式：V2O5+6OH-=2VO43-+3H2O．
②V2O5具有强氧化性，溶于浓盐酸可以得到蓝色溶液，试写出V2O5与浓盐酸反应的化学反应方程式：V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O．
（3）VO43-和V2O74-在PH≥13的溶液中可相互转化．室温下，1.0mol•L-1的Na3VO4溶液中c（VO43-）随c（H+）的变化如图1所示．
①写出溶液中Na3VO4转化为Na4V2O7的离子方程式2VO43-+H2O?V2O74-+2OH-．
②由图可知，溶液中c（H+）增大，VO43-的平衡转化率增大（填“增大”“减小”或“不变”）．根据A点数据，计算该转化反应的平衡常数的数值为6.4．
（4）全钒液流电池是一种优良的新型蓄电储能设备，其工作原理如图2所示：
①放电过程中A电极的反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O．
②充电过程中，B电极附近溶液颜色变化为溶液由绿色变为紫色．

分析 （1）①4Al（s）+3O2（g）=2Al2O3（s）△H1=-2834kJ/mol
②4V（s）+5O2（g）=2V2O5（s）△H2=-3109kJ/mol
盖斯定律计算（①×5-②×3）×$\frac{1}{2}$得到V2O5与A1反应制备金属钒的热化学方程式；
（2）①V2O5在强碱性溶液中以VO43-形式存在，V2O5溶于NaOH溶液反应生成VO43-和水；
②V2O5具有强氧化性，溶于浓盐酸可以得到蓝色溶液为VO2+，V元素化合价+5价变化为+4价，做氧化剂，氯化氢被氧化生成氯气，结合电子守恒、原子守恒配平书写化学方程式；
（3）①VO43-和V2O74-在PH≥13的溶液中可相互转化，结合电荷守恒书写离子方程式；
②由图可知，溶液中c（H+）增大，VO43-的浓度减小平衡转化率增大，A点VO43-的浓度为0.2mol/L，结合三行计算列式得到平衡浓度计算平衡常数；
（4）①放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-2e-=V3+的反应；
②充电时，右槽B电极附近溶液颜色由紫色变为绿色时，即V2+→V3+，发生失去电子的氧化反应．

解答 解：（1）①4Al（s）+3O2（g）=2Al2O3（s）△H1=-2834kJ/mol
②4V（s）+5O2（g）=2V2O5（s）△H2=-3109kJ/mol
盖斯定律计算（①×5-②×3）×$\frac{1}{2}$得到V2O5与A1反应制备金属钒的热化学方程式10Al（s）+3V2O3（s）=5Al2O3（s）+6V（s）△H=-2421.5kJ/mol，
故答案为：10Al（s）+3V2O3（s）=5Al2O3（s）+6V（s）△H=-2421.5kJ/mol
（2）①V2O5在强碱性溶液中以VO43-形式存在，V2O5溶于NaOH溶液反应生成VO43-和水，反应的离子方程式为：V2O5+6OH-=2VO43-+3H2O，
故答案为：V2O5+6OH-=2VO43-+3H2O；
②V2O5具有强氧化性，溶于浓盐酸可以得到蓝色溶液为VO2+，V元素化合价+5价变化为+4价，做氧化剂，氯化氢被氧化生成氯气，结合电子守恒、原子守恒配平书写化学方程式V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O，
故答案为：V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O；
（3）①VO43-和V2O74-在PH≥13的溶液中可相互转化．室温下，1.0mol•L-1的Na3VO4溶液中c（VO43-）随c（H+）的变化如图1所示，氢离子浓度越大，VO43-越少，溶液中Na3VO4转化为Na4V2O7的离子方程式2VO43-+H2O?V2O74-+2OH-，
故答案为：2VO43-+H2O?V2O74-+2OH-；
②由图可知，溶液中c（H+）增大，VO43-的浓度减小，说明VO43-的平衡转化率增大，A点VO43-的浓度为0.2mol/L，消耗浓度1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L，
                              2VO43-+H2O?V2O74-+2OH-；
起始量（mol/L）        1                     0          0
变化量（mol/L）       0.8                  0.4        0.8
平衡量（mol/L）      0.2                  0.4         0.8
K=$\frac{0．{8}^{2}×0.4}{0．{2}^{2}}$=6.4
故答案为：增大；6.4；
（4）①放电过程中A电极为原电池正极，电极的反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，
故答案为：VO2++2H++e-=VO2++H2O；
②充电时，右槽B是电解池的阴极，该极上发生得电子的还原反应，即V2+→V3+，应该是绿色变为紫色；
故答案为：溶液由绿色变为紫色．

点评 本题考查了热化学方程式、化学方程式、离子方程式书写，原电池和电解池原理的分析应用和电极反应判断、平衡常数计算等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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1．判断下列说法不正确的是（　　）
A．NO2溶于水时发生氧化还原反应
B．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在
C．NO可用于某些疾病的治疗
D．NO2与水的反应：3NO2+H2O═2NO3-+NO↑+2H+
2．下列说法正确的足（　　）
A．凡是需要加热才能发生的反应都是非自发进行的
B．凡是放热反应都是自发的
C．自发反应都是熵增大的反应
D．吸热反应可能属于自发反应
3．碳及其化合物广泛存在于自然界中，试回答下列问题：
（1）某处碳循环如图l所示，CaCO3 转化为HCO3-的离子方程式为CO2+CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3-．

（2）常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，无机碳在溶液中以4 种形式存在，其转化关系如下：
①CO2（g）+H2O?H2CO3   K=10-2.8
②H2CO3?H++HCO3- K1=10-3.5，
③HCO3-?H++CO32- k2=10-10.3，
若溶液中．c（CO2）=1.0×10-5mol/L，且忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则溶液pH=5.65．
（3）某化学小组为了测量湖水中无机碳的含量，量取100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收．将吸收液用01.0mol/L盐酸滴定，生成的V（CO2）随V（盐酸） 变化关系如图2所示，则吸收液中离子浓度由大到小机碳的浓度为c（Na+）＞c（OH-）＞c（CO32-）＞c（HCO3-）＞c（H+），湖水中无机碳的浓度为0.01mol/L．
（4）研究人员设设计出一种新型太阳能电池，能直接把一氧化碳和水转化成CO、H2和02，原理如图3所示，该装置中能量的转化方式为太阳能转化为电能，电能转化为化学能，催化剂b表面的电极反应式为2H++2e-=H2↑（或2H2O+2e-=H2↑+2OH-），2H++CO2+2e-=CO+H2O．
（5）利用（4）中产生的CO和H2，通过反应：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）制备甲醇，若起始时在密闭容器中按物质的量之比1：2充入CO和H2，测得平衡时a（CO）随T、P的变化关系如图4所示．
①P1小于P2（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②该反应在195℃P2条件下达到平衡后，c（H2）=0.2mol/L，则该反应的平衡常数为25L2/mol2．
10．碳及其化合物在工农业上有重要作用．
（1）水煤气是将水蒸气通过灼热的焦炭而生成的气体，水煤气的主要成分为CO、H2（用化学式表示）；
（2）高温时，用CO还原MgSO4可制备高纯度MgO．若在750℃时，测得气体中含有等物质的量的SO2、SO3，则反应的化学方程式为2MgSO4+CO $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+SO2+SO3+CO2；

（3）二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向．科学家提出由CO2制取碳的太阳能工艺如图1所示．
①若“重整系统”发生的反应中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，则FexOy的化学式为Fe3O4；
②“热分解系统”中每分解1mol FexOy，转移电子的物质的量为2mol．
（4）工业上用CO2和H2反应合成甲醚．
已知：2CO2（g）+6H2（g）?CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H=-130.8KJ•mol-1
①一定条件下，上述合成甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是c（填标号）．
a．逆反应速率先增大后减小        b．反应物的体积百分含量减小
c．H2的转化率增大                      d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值变小
②某压强下，合成甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图2所示．T1温度下，将4molCO2和8molH2充入2L的密闭容器中，5min后该反应达到平衡，则0～5min内的平均反应速率v（CH3OCH3）=0.12mol•L-1•min-1；KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA=KC＞KB．
（5）常温下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，在该溶液中，c（NH4+）＞（填“＞”、“＜”或“=”）c（HCO3-）；反应NH4++HCO3-+H2O?NH3•H2O+H2CO3的平衡常数K=1.25×10-3．（已知常温下NH3•H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7，K2=4×10-11）
20．有I-IV四个体积均为0.5L的恒容密闭容器，在I、II、III中按不同投料比（Z）充入 HCl和O2（如表），加入催化剂发生反应4HCl（g）+O2（g）?2Cl2 （g）+2H2O（g）△H，HCl的平衡转化率与Z和T的关系如图所示：下列说法不正确的是（　　）
容器起始时 
 T/℃ n（HCl）/mol Z
Ⅰ 300℃ 0.25a 
Ⅱ 300℃ 0.25 b
Ⅲ 300℃ 0.254
A．△H＜0，a＜4＜b
B．容器III某时刻处R点，则R点的v（正）＜v（逆），压强：P（R）＞P（Q）
C．300℃该反应的平衡常数的值为640
D．若起始时，在容器Ⅳ中只充入0.25molCl2和0.25molH2O（g），300℃达平衡时容器中 HCl的物质的 量浓度大于0.2mol•L-1
7．下列有机物的一氯代物种数最少的是（　　）
A．B．C．D．（CH3）2CH（CH2）4CH3
4．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如表：
t℃70080083010001200
K0.60.91.01.72.6
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}$．
（2）该反应为吸热反应（选填“吸热”、“放热”）．
（3）能说明该反应达到化学平衡状态的是bc．
a．容器中压强不变             b．混合气体中c（CO）不变   
c．υ正（H2）=υ逆（H2O）          d．c（CO2）=c（CO）
（4）某温度下，平衡浓度符合下式：3c（CO2）•c（H2）=5c（CO）•c（H2O），试判断此时的温度为700℃．
（5）830℃时，在1L密闭容器中分别投入lmolH2和1molCO2反应达到化学平街时，CO2的转化率为50%；保持温度不变．在平衡体系中再充入1molH2和1molCO2重新达到化学平衡时，CO2的平衡转化率不变（填“增大”“减小”或“不变”）．
3．汽车尾气脱硝脱碳主要原理为：2NO（g）+2CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$N2（g）+2CO2（g）+Q（Q＞0）．
一定条件下密闭容器中，用传感器测得该反应在不同时间NO和CO浓度如表：
时间/s01234
c（NO）/mol•L-19.50×10-34.50×10-32.50×10-31.50×10-31.50×10-3
c（CO）/mol•L-19.00×10-34.00×10-32.00×10-31.00×10-31.00×10-3
完成下列填空：
（1）写出该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{c（{N}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（NO）}$．
（2）前2s内的氮气的平均反应速率是：v（N2）=1.75×10-3mol/（L•s）；
达到平衡时，CO的转化率为89%．
（3）业上常采用“低温臭氧氧化脱硫脱硝”技术来同时吸收SO2和氮的氧化物气体（NOx），以获得（NH4）2SO4的稀溶液．在此溶液中，水的电离程度是受到了促进（填“促进”、“抑制”或“没有影响”）；
若往（NH4）2SO4溶液中再加入少量稀盐酸，则$\frac{{c（N{H_4}^+）}}{{c（S{O_4}^{2-}）}}$值将变大（填“变大”、“变小”或“不变”）．
（4）如果向BaCl2溶液中通入足量SO2气体，没有沉淀生成，继续滴加一定量的氨水后，则会生成白色沉淀．用平衡移动原理解释上述现象．饱和SO2溶液中电离产生的SO32-很少，因此没有沉淀，而加入氨水后，促进H2SO3的电离，SO32-离子浓度增大，有沉淀产生．
（5）向另一种可溶性钡盐溶液中通入少量SO2气体，会立即看到白色沉淀，该沉淀的化学式为BaSO4；原可溶性钡盐可能是Ba（NO3）2．

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