Question

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）钒元素广泛分布于各种矿物中，钾钒矿的主要成分可表示为K₂H₆V₂O₉，若用氧化物的形式表示钾钒矿，其化学式为

 

．
（2）冶炼金属钒的方法为：先把钾钒矿中的钒元素转化为V₂O₅，再用金属Ca通过热还原法获得钒，则获得钒的化学方程式为

 

．
（3）V₂O₅可用于催化SO₂和O₂的反应，其催化机理为：V₂O₅

△，SO2

I

四价钒化合物

△，O2

Ⅱ

V₂O₅则反应Ⅰ、Ⅱ的化学方程式分别为

 

、

 

．
（4）全钒液流储能电池可实现化学能和电能的相互转化，其原理如图所示．
①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝时，其电极反应式为

 

．
②充电过程中，右槽溶液颜色变化的情况是

 

．

Answer 1

考点：常见金属元素的单质及其化合物的综合应用,原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）用氧化物的形式表示钾钒矿，按照活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、水的顺序书写，遵循原子守恒；
（2）由反应物、生成物及质量守恒定律书写；
（3）催化机理为：V₂O₅

△，SO2

I

四价钒化合物

△，O2

Ⅱ

V₂O₅则I中二氧化硫为还原剂，II中氧气为氧化剂；
（4）①左槽溶液逐渐由黄变蓝，VO₂⁺转变为VO²⁺，发生还原反应，应为原电池的负极，
②充电过程中，右槽连接电源的负极，发生还原反应，为电解池的阴极，电极反应式为V³⁺+e^-=V²⁺．

解答： 解：（1）钾钒矿的主要成分可表示为K₂H₆V₂O₉，若用氧化物的形式表示钾钒矿，其化学式为K₂O?V₂O₅?3H₂O，故答案为：K₂O?V₂O₅?3H₂O；
（2）由反应物、生成物及质量守恒定律可知反应为5Ca+V₂O₅

△   .

5CaO+2V，故答案为：5Ca+V₂O₅

△   .

5CaO+2V；
（3）催化机理为：V₂O₅

△，SO2

I

四价钒化合物

△，O2

Ⅱ

V₂O₅则I中二氧化硫为还原剂，II中氧气为氧化剂，反应分别为V₂O₅+SO₂

△   .

2VO₂+SO₃、4VO₂+O₂

△   .

2V₂O₅，
故答案为：V₂O₅+SO₂

△   .

2VO₂+SO₃；4VO₂+O₂

△   .

2V₂O₅；
（4）①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，说明此时为原电池，且为原电池的正极．
故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充电过程中，右槽连接的是电源负极，为电解池的阴极，电极反应式为V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺为绿色，V²⁺为紫色，故可以看到右槽溶液颜色逐渐由绿色变为紫色，
故答案为：绿色变为紫色．

点评：本题考查金属及化合物的综合应用，为高频考点，把握氧化还原反应、原电池原理为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度不大．