题目内容
为回收利用废钒催化剂（含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：
部分含钒物质在水中的溶解性如下：
回答下列问题：
（1）工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为 ．
（2）滤液中含钒的主要成分为 （填化学式）．
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式 ；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比）和温度．根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为 、 ℃．
（4）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，反应方程式为：2VO2++H2C2O4+2H+=2VOn++2CO2↑+mH2O，其中n、m分别为 、 ．
（5）全矾液流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 ．
部分含钒物质在水中的溶解性如下：
| 物质 | VOSO4 | V2O5 | NH4VO3 | （VO2）2SO4 |
| 溶解性 | 可溶 | 难溶 | 难溶 | 易溶 |
（1）工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为
（2）滤液中含钒的主要成分为
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式
（4）用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，反应方程式为：2VO2++H2C2O4+2H+=2VOn++2CO2↑+mH2O，其中n、m分别为
（5）全矾液流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
考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,化学电源新型电池
专题：实验设计题,电化学专题
分析：（1）铝热反应实质是置换反应，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝；
（2）根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分；
（3）依据流程中的沉淀分离书写离子方程式；根据题中图象分析坐标系中表示的含义，结合图中的沉矾率与沉淀温度关系选择最佳温度，再根据沉矾率与氯化铵系数选择最佳的氯化铵系数；
（4）离子方程式中一定满足质量守恒和电荷守恒，先根据电荷守恒计算出n，再根据氢原子质量守恒计算出m．（5）根据正极反应是还原反应．
（2）根据废钒催化剂的组成及表中数据判断滤液主要成分；
（3）依据流程中的沉淀分离书写离子方程式；根据题中图象分析坐标系中表示的含义，结合图中的沉矾率与沉淀温度关系选择最佳温度，再根据沉矾率与氯化铵系数选择最佳的氯化铵系数；
（4）离子方程式中一定满足质量守恒和电荷守恒，先根据电荷守恒计算出n，再根据氢原子质量守恒计算出m．（5）根据正极反应是还原反应．
解答：
解：（1）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V2O5+10Al
6V+5Al2O3，
故答案为：3V2O5+10Al
6V+5Al2O3；
（2）废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣，由于V2O5为难溶物，所以滤液中含钒的主要成分为VOSO4，
故答案为：VOSO4 ；
（3）根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3-，离子方程式为：NH4++VO3-=NH4VO3↓，
根据沉钒率与沉淀温度的图象可知，在80℃时沉矾率最高为98%，再根据氯化铵系数与沉钒率可知，氯化铵系数为4时沉钒率最高，所以最佳控制氯化铵系数和温度分别为：4，80℃，
故答案为：NH4++VO3-=NH4VO3↓； 4；80℃；
（4）2VO2++H2C2O4+2H+═2VOn++2CO2↑+mH2O，根据电荷守恒，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根据氢原子质量守恒看得：2+2=2m，则m=2，
故答案为：2、2；
（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．
| ||
故答案为：3V2O5+10Al
| ||
（2）废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣，由于V2O5为难溶物，所以滤液中含钒的主要成分为VOSO4，
故答案为：VOSO4 ；
（3）根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3-，离子方程式为：NH4++VO3-=NH4VO3↓，
根据沉钒率与沉淀温度的图象可知，在80℃时沉矾率最高为98%，再根据氯化铵系数与沉钒率可知，氯化铵系数为4时沉钒率最高，所以最佳控制氯化铵系数和温度分别为：4，80℃，
故答案为：NH4++VO3-=NH4VO3↓； 4；80℃；
（4）2VO2++H2C2O4+2H+═2VOn++2CO2↑+mH2O，根据电荷守恒，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根据氢原子质量守恒看得：2+2=2m，则m=2，
故答案为：2、2；
（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：本题考查了铝热反应、氧化还原反应、离子反应、电化学等知识，题目难度中等，正确分析、理解工业流程是解题关键，注意明确铝热反应原理及电荷守恒、质量守恒在配平反应方程式中的应用．
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