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．V₂O₅是接触法制硫酸的催化剂．
（1）一定条件下，SO₂ 与空气反应t min后，SO₂ 和SO₃物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L，则SO₂ 起始物质的量浓度为

a+b

mol/L；生成SO₃的化学反应速率为

b

t

mol/（L?min）

．
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对，发生氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的，其装置原理如图：
①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为

VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O

．
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由

绿

色变为

紫

色．
③充电时若转移的电子数为3.01×10²⁴个，左槽溶液中n（H⁺）的变化量为

5

 mol．

Answer 1

分析：（1）根据化学反应方程式和反应前后物质的量浓度的变化列方程求解起始反应物的浓度，并计算相应物质的化学反应速率；
（2）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⁺，
③充电时，左槽发生的反应为VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺，当转移电子为3.01×10²⁴个即为5 mol电子时，生成氢离子为10 mol．

解答：解：（1）2SO₂+O₂

催化剂 .

△

 2SO₃
    始：x               0
    转：b               b
    平：a               b
x-b=a，x=a+b，故x=a+b，
v（SO₃）=

c

t

=

b mol/L

t min

=

b

t

mol/（L?min）
故答案为：a+b；

b

t

mol/（L?min）；
（2）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；紫；
③充电时，左槽发生的反应为VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，当转移电子为3.01×10²⁴个即为5 mol电子时，生成氢离子为10 mol，此时氢离子参与正极反应，通过交换膜定向移动使电流通过溶液，溶液中离子的定向移动可形成电流，通过5mol电子，则左槽溶液中n（H⁺）的变化量为10mol-5mol=5mol，
故答案为：5．

点评：本题考查了化学反应方程式和反应前后物质的量浓度的变化列方程求解起始反应物的浓度，并计算相应物质的化学反应速率，关于电池，在原电池中负极失去电子，为还原剂，发生氧化反应，正极得到电子，为氧化剂，发生还原反应，在电解池中，与电源正极相连为阳极，发生氧化反应，失去电子，与电源负极相连的阴极，发生还原反应，得到电子．