题目内容
5．从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下：
回答下列问题：
（1）①中废渣的主要成分是SiO2．
（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取剂的主要成分）：
R2（SO4）n（水层）+2n HA（有机层）?2RAn（有机层）+n H2SO4（水层）．②中萃取时必须加入适量碱，其原因是加入碱中和产生的酸，平衡右移，提高钒的萃取率；③中反萃取时加入的X试剂是硫酸．
（3）完成④中反应的离子方程式：
1ClO3-+6VO2++6H+═6VO3++1（Cl-）+3（H2O）
（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表
| pH | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 2.0 | 2.1 |
| 钒沉淀率/% | 88.1 | 94.8 | 96.5 | 98.0 | 98.8 | 98.8 | 96.4 | 93.1 | 89.3 |
（5）写出废液Y中除H+之外的两种阳离子：Fe3+、VO3+、NH4+、K+（任写两种即可）．
（6）生产时，将②中的酸性萃余液循环用于①中的水浸．在整个工艺过程中，可以循环利用的物质还有有机萃取剂、氨水（或氨气）．
（7）全矾液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置（如图所示，a、b均为惰性电极），已知：V2+为紫色，V3+为绿色，VO2+为蓝色，VO2+为黄色．当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．则：
①全矾液流电池的工作原理为：VO2++V2++2H+ $?_{（）电}^{（）电}$VO2++H2O+V3+（请在可逆符号两侧的括号中填“充”、“放”）此时，b极接直流电源负极．
②放电过程中，a极的反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，当转移1.0mol电子时共有1.0mol H+从右槽迁移进左槽（填“左”、“右”）．
分析 废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），据物质的水溶性确定，V2O5和SiO2难溶于水，即为得到的滤渣亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，过滤得到滤渣为二氧化硅，强酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42-，加入有机萃取剂萃取分液得到有机溶液中VO2+，再加入X试剂进行反萃取分液，分离出有机层得到水层是含VO2+、Fe3+、SO42-的酸性水溶液，得到分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；加入硫酸抑制平衡正向进行，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，加入氨水，调节溶液pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙烧得到五氧化二钒．
（1）上述分析可知滤渣A为二氧化硅；
（2）反萃取时分析平衡，VOSO4 +（水层）+2HA2（有机层）?VOA2（有机层）+H2SO4（水层），为提高②中萃取百分率，则加入碱中和硫酸使平衡正移、多次连续萃取，反萃取加入硫酸；
（3）依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒、原子守恒配平书写离子方程式；
（4）从沉淀率和pH关系找出最佳沉淀率，若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3，沉淀，此时溶液PH=2，计算氢氧根离子浓度，结合溶度积常数计算溶液中铁离子的浓度；
（5）依据流程反应分析判断，废液Y中除H+之外的阳离子为Fe3+、VO2+、NH4+、K+；
（6）从流程图分析循环的物质，③中有机萃取剂用于②中萃取，⑥中氨气用于⑤中调节pH；
（7）当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．说明右槽V3+生成V2+，说明充电时右槽为阴极，左槽为阳极，则放电时左槽为正极，右槽为负极，放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-e-=V3+的反应．
解答 解：废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等），据物质的水溶性确定，V2O5和SiO2难溶于水，即为得到的滤渣亚硫酸根具有还原性，酸性条件下，能被五氧化二钒氧化生成硫酸根离子，离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，过滤得到滤渣为二氧化硅，强酸性浸出液含有VO2+、K+、SO42-，加入有机萃取剂萃取分液得到有机溶液中VO2+，再加入X试剂进行反萃取分液，分离出有机层得到水层是含VO2+、Fe3+、SO42-的酸性水溶液，得到分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；加入硫酸抑制平衡正向进行，氯酸钾具有氧化性，能将VO2+氧化为VO2+，加入氨水，调节溶液pH到最佳值，得到NH4VO3，最后焙烧得到五氧化二钒．
（1）上述分析可知①中废渣的主要成分是二氧化硅，故答案为：SiO2；
（2）②中萃取时必须加入适量碱，分析平衡，Rn+（水层）+nHA（有机层）?RAn（有机层）+nH+（水层），加入的碱会和平衡中的氢离子反应促进平衡正向进行；③中反萃取时加入的X试剂是抑制平衡正向进行，可以加入硫酸抑制平衡正向进行，
故答案为：加入碱中和产生的酸，平衡右移，提高钒的萃取率；硫酸；
（3）ClO3-中氯元素化合价+5价变化为-1价，VO2+变化为VO3+，V元素化合价+4价变化为+5价，电子守恒VO2+和VO3+ 的系数为6，ClO3-中和Cl-前系数为1，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为：ClO3-+6VO2++6H+=6VO3++Cl-+3H2O，
故答案为：1；6； 6；6；1 Cl-；3 H2O；
（4）从沉淀率和pH关系可知，随pH增大，沉淀率先增大后减小，故沉淀率最大的pH即为最佳pH，pH=1.7时钒的沉淀率最大为98.8%，加入氨水调节溶液的最佳pH为为1.7，若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3，沉淀，此时溶液PH=2，计算氢氧根离子浓度c（OH-）=10-12mol/L，k[Fe（OH）3]=2.6×10-39=c（Fe3+）c3（OH-），c（Fe3+）=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-12}）^{3}}$=2.6×10-3mol/L，
故答案为：1.7；2.6×10-3；
（5）依据流程反应分析，加入的试剂在反应过程中生成的离子为，除H+之外的阳离子为Fe3+、VO22+、NH4+、K+，
故答案为：Fe3+、VO3+、NH4+、K+（任写两种即可）；
（6）从流程图可知，③中有机萃取剂用于②中萃取，⑥中氨气用于⑤中调节pH，故答案为：有机萃取剂、氨水（或氨气）；
（7）①当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色．说明右槽V3+生成V2+，说明充电时右槽为阴极，左槽为阳极，则放电时左槽为正极，右槽为负极，放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-e-=V3+的反应，反应可表示为VO2++V2++2H+ $?_{充电}^{放电}$VO2++H2O+V3+，
故答案为：VO2++V2++2H+ $?_{充电}^{放电}$VO2++H2O+V3+；负；
②放电过程中，a极为正极，发生VO2++2H++e-═VO2++H2O，根据题意，放电时左槽溶液颜色由黄色变为蓝色，即VO2++2H++e-═VO2++H2O，发生得电子的还原反应，所以此电极是正极，质子交换膜是允许氢离子通过的隔膜，放电时，正极上的反应：VO2++2H++e-═VO2++H2O，负极上发生V2+-e-=V3+的反应，当转移1.0mol电子时共有1.0mol H+从右槽移进左槽．
故答案为：VO2++2H++e-=VO2++H2O；右；左．
点评 本题考查了流程分析判断，物质性质和实验设计的方法应用，为高考常见题型，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，题目还涉及氧化还原反应配平，溶度积计算，题干信息分析判断能力，注意把握实验方法，题目难度中等．
黄冈冠军课课练系列答案| A． | 将5.85gNaCl晶体溶入100mL水中，制得0.1mol/L的NaCl溶液 | |
| B． | 将25g无水CuSO4溶于水制成100mL溶液，其浓度为1mol/L | |
| C． | 将wg a%的NaCl溶液蒸发掉$\frac{w}{2}$g水，得到2a%的NaCl溶液 | |
| D． | 将1体积c1mol/L的硫酸用4体积水稀释，稀溶液的浓度为0.2c1mol/L |
| A． | 核电荷为12的原子 | B． | 质子数为8的原子 | ||
| C． | K层为最外层时有2个电子的原子 | D． | 核电荷数为9的原子 |
| A． | 溴碘氧化物与臭氧发生氧化还原反应生成氧气 | |
| B． | 溴化氢的热稳定性比碘化氢的热稳定性差 | |
| C． | KI淀粉溶液与溴水反应能证明溴的金属性比碘的金属强 | |
| D． | I2O5，Br2O5与水反应生成对应的高卤酸 |
某学习小组围绕氯气设计了系列实验．（1）用如图装置A制备氯气．选用的药品为：漂粉精固体和浓盐酸，相关的化学反应方程式为：Ca（ClO）2+4HCl（浓）═CaCl2+2Cl2↑+2H2O．实验过程中，使用分液漏斗滴加液体的操作是打开分液漏斗上口活塞（或将漏斗口活塞上的凹槽与瓶口上的小孔对齐），左手顶住漏斗球，右手转动颈部活塞控制加液．
（2）装置B中饱和食盐水的作用是除去氯气中的HCl；同时装置B亦是安全瓶，监测实验进行时C中是否发生堵塞，请写出发生堵塞时B中的现象B中长颈漏斗下端导管中液面会上升，形成水柱．
（3）为检验氯气是否具有漂白性，使氯气依次通过I、Ⅱ、Ⅲ三种物质，物质的顺序正确的是：D．
| A | B | C | D | |
| Ⅰ | 干燥的有色布条 | 干燥的有色布条 | 湿润的有色布条 | 湿润的有色布条 |
| Ⅱ | 碱石灰 | 硅胶 | 浓硫酸 | 无水氯化钙 |
| Ⅲ | 湿润的有色布条 | 湿润的有色布条 | 干燥的有色布条 | 干燥的有色布条 |
A．水层显棕黄色 B．水层无色 C．四氯化碳层显红棕色 D．四氯化碳层无色
（5）查阅资料后小组发现，氯气、浓硝酸、酸性高锰酸钾等都是常用的强氧化剂，但工业上氧化卤水中I-选择了价格并不便宜的亚硝酸钠，排除环境方面的因素，可能的原因是：氯气、浓硝酸、酸性高锰酸钾等氧化性太强，还能继续氧化碘单质
（6）有人提出，工业上为防止污染空气，可用足量的NaHSO3溶液吸收余氯，试写出相应的离子反应方程式：HSO3-+Cl2+H2O═SO42-+2Cl-+3H+（或4HSO3-+Cl2═SO42-+2Cl-+3SO2↑+2H2O）．判断改用NaHSO3溶液是否可行：否（填“是”或“否”）．
| A． | 石油分馏能得到石油气、汽油和煤油等清洁能源 | |
| B． |  在如图循环转化过程中，太阳能最终转化为热能 | |
| C． | 煤的干馏是指将煤在空气中加热的过程，工业上也叫煤的焦化 | |
| D． | 糖类、油脂、蛋白质是为了人类生命活动提供能量的基本营养物质，都能发生水解反应 |
