题目内容
金属钒被誉为“合金的维生素”，钒及其化合物在工业生产中有着广泛的应用．从废钒催化剂（主要成分有V2O5，VOSO4，K2SO4，SiO2等）中回收V2O5的生产流程图如下：
请回答：
（1）进行步骤①前，将废钒催化剂粉碎的目的是 ．写出步骤①中发生氧化还原反应的离子方程式 ．
（2）实验室中进行萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有 ．②③变化过程可简化为（下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂）R2（SO4）n（水层）+2n HA（有机层）?2RAn（有机层）+n H2SO4（水层），为提高②中萃取百分率，应采取的措施是 ；
（3）25°C时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：
通过上表数据分析，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为 ；
（4）在焙烧NH4VO3的过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如图所示，则NH4VO3在分解过程中 ．
A．先分解失去H2O，再分解失去NH3
B．先分解失去NH3，再分解失去H2O
C．同时分解失去H2O和NH3
D．同时分解失去H2、N2和H2O
（5）全钒液储能电池的电解质溶液为VOSO4溶液，电池的工作原理为VO2++V2++2H+
VO2++H2O+V3+，电池放电时正极的电极反应式为 ．
请回答：
（1）进行步骤①前，将废钒催化剂粉碎的目的是
（2）实验室中进行萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有
（3）25°C时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：
| 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 |
（4）在焙烧NH4VO3的过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如图所示，则NH4VO3在分解过程中
A．先分解失去H2O，再分解失去NH3
B．先分解失去NH3，再分解失去H2O
C．同时分解失去H2O和NH3
D．同时分解失去H2、N2和H2O
（5）全钒液储能电池的电解质溶液为VOSO4溶液，电池的工作原理为VO2++V2++2H+
| 放电 |
| 充电 |
考点："三废"处理与环境保护
专题：实验设计题
分析：生产流程：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，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即可．
（1）根据影响化学反应速率的因素来回答；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，据此书写离子方程式；
（2）萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯；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；
（3）从沉淀率和pH关系找出最佳沉淀率；
（4）根据NH4VO3在焙烧变化的图象中固体质量分数结合方程式分析；
（5）根据正极反应是还原反应书写．
（1）根据影响化学反应速率的因素来回答；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，据此书写离子方程式；
（2）萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯；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；
（3）从沉淀率和pH关系找出最佳沉淀率；
（4）根据NH4VO3在焙烧变化的图象中固体质量分数结合方程式分析；
（5）根据正极反应是还原反应书写．
解答：
解：生产流程：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，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即可．
（1）将固体粉碎，增加固体的表面积，可以加快浸出速率，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，所以步骤①中发生氧化还原反应的离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，
故答案为：增大固液接触面积，加快浸出速率，提高浸出率；V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；
（2）萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯；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，
故答案为：分液漏斗和烧杯；加入碱中和硫酸使平衡正移、多次连续萃取；
（3）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=1.7～1.8，沉淀率最大，故答案为：1.7～1.8；
（4）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
210℃时，固体质量减少值为1-85.47%=14.54%，380℃时，根据质量减少值为85.47-77.78%=7.69%，
根据方程式知，生成水时固体质量减少分数小于生成氨气时，所以210℃时减少的是氨气，380℃时减少的是水，则该反应过程中先失去氨气后失去水，故选B；
（5）正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO2++2H++e-═VO2++H2O，故答案为：VO2++2H++e-═VO2++H2O．
（1）将固体粉碎，增加固体的表面积，可以加快浸出速率，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，所以步骤①中发生氧化还原反应的离子反应方程式为：V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O，
故答案为：增大固液接触面积，加快浸出速率，提高浸出率；V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O；
（2）萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯；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，
故答案为：分液漏斗和烧杯；加入碱中和硫酸使平衡正移、多次连续萃取；
（3）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=1.7～1.8，沉淀率最大，故答案为：1.7～1.8；
（4）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
210℃时，固体质量减少值为1-85.47%=14.54%，380℃时，根据质量减少值为85.47-77.78%=7.69%，
根据方程式知，生成水时固体质量减少分数小于生成氨气时，所以210℃时减少的是氨气，380℃时减少的是水，则该反应过程中先失去氨气后失去水，故选B；
（5）正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO2++2H++e-═VO2++H2O，故答案为：VO2++2H++e-═VO2++H2O．
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，题干信息分析判断能力，掌握基础是关键，题目难度中等．
练习册系列答案
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下列物质既能发生消去反应，又能氧化成醛的是（ ）
| A、CH3CH2CH2OH |
| B、（CH3）2CHCH2OH |
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D、 |
名称是电渗析法是指在外加电场作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程．如图是利用电渗析法从海水中获得淡水的原理图，已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等离子，电极为石墨电极．
下列有关描述错误的是（ ）
下列有关描述错误的是（ ）
| A、阳离子交换膜是A，不是B |
| B、通电后阳极区的电极反应式：2Cl--2e-→Cl2↑ |
| C、工业上阴极使用铁丝网代替石墨碳棒，以减少石墨的损耗 |
| D、阴极区的现象是电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀 |