题目内容
随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”．为了回收利用含钒催化剂（V2O5、VOSO4及不溶性杂质），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺．该工艺的主要流程如图所示：
已知：部分含钒物质在水中的溶解性：
请回答下列问题：
（1）由V2O5冶炼金属钒采用铝热剂法，反应的化学方程式为 ．
（2）V2O5通常用作为反应2SO2+O2?2SO3的理想催化剂，其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因，其过程可用两个化学方程式表示： 、4V+5O2?2V2O5．
（3）反应①的目的是 ．
（4）将滤液1与滤液2混合后用氯酸钾氧化，氯元素被还原为最低价，其反应的离子方程式为： ．
（5）反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关系步骤，沉钒必须控制合适的温度和pH，观察1图，沉钒的最适宜条件是 （填字母代号）．
A．pH 2.0～2.5，95℃B．pH 4.0～4.5，85℃
C．pH 4.5～5.0，85℃D．pH 3.0～3.5，75℃
（6）反应④在NH4VO3的焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如2图所示，则其分解过程中 （填字母代号）．
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和N2和H2O
（7）锂钒氧化物（Li-V2O5）非水电池的能量密度远远超过其他材料电池，其总反应式为xLi+V2O5═LixV2O5，则该电池工作时的正极反应式为 ．
已知：部分含钒物质在水中的溶解性：
| 物质 | V2O5 | VOSO4 | NH4VO3 | （VO2）2SO4 |
| 溶解性 | 难溶 | 可溶 | 难溶 | 易溶 |
（1）由V2O5冶炼金属钒采用铝热剂法，反应的化学方程式为
（2）V2O5通常用作为反应2SO2+O2?2SO3的理想催化剂，其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因，其过程可用两个化学方程式表示：
（3）反应①的目的是
（4）将滤液1与滤液2混合后用氯酸钾氧化，氯元素被还原为最低价，其反应的离子方程式为：
（5）反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关系步骤，沉钒必须控制合适的温度和pH，观察1图，沉钒的最适宜条件是
A．pH 2.0～2.5，95℃B．pH 4.0～4.5，85℃
C．pH 4.5～5.0，85℃D．pH 3.0～3.5，75℃
（6）反应④在NH4VO3的焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如2图所示，则其分解过程中
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和N2和H2O
（7）锂钒氧化物（Li-V2O5）非水电池的能量密度远远超过其他材料电池，其总反应式为xLi+V2O5═LixV2O5，则该电池工作时的正极反应式为
考点：金属的回收与环境、资源保护,化学电源新型电池,物质的分离、提纯和除杂
专题：实验题,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）根据反应物和生成物确定反应的历程；
（3）由题意和流程图可知反应①的目的，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于分离提纯；
（4）含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成可溶于水完全电离的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl-，从而根据氧化还原反应的实质写出离子方程式；
（5）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大．
（6）根据NH4VO3在焙烧变化的图象进行解答．
（7）放电时，该原电池中锂失电子而作负极，V2O5得电子而作正极，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，阳离子向正极移动．
（2）根据反应物和生成物确定反应的历程；
（3）由题意和流程图可知反应①的目的，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于分离提纯；
（4）含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成可溶于水完全电离的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl-，从而根据氧化还原反应的实质写出离子方程式；
（5）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大．
（6）根据NH4VO3在焙烧变化的图象进行解答．
（7）放电时，该原电池中锂失电子而作负极，V2O5得电子而作正极，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，阳离子向正极移动．
解答：
解：（1）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，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）V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化，则反应的相关方程式为SO2+V2O5=SO3+2VO2；4VO2+O2=2V2O5，
故答案为：5SO2+V2O5=5SO3+2V；
（3）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于提纯，
故答案为：将V2O5转化为可溶性的VOSO4；
（4）含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成完全电离可溶于水的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl-，根据化合价的升降写出离子离子方程式．
故答案为：C1O3-+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1-；
（5）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大在pH 2.0～2.5，95℃；
故答案为：A；
（6）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H2O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案为：B
（7）V2O5得电子而作正极，正极上电极反应式为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5，
故答案为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5
故答案为：3V2O5+10Al
| ||
（2）V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化，则反应的相关方程式为SO2+V2O5=SO3+2VO2；4VO2+O2=2V2O5，
故答案为：5SO2+V2O5=5SO3+2V；
（3）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于提纯，
故答案为：将V2O5转化为可溶性的VOSO4；
（4）含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成完全电离可溶于水的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl-，根据化合价的升降写出离子离子方程式．
故答案为：C1O3-+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1-；
（5）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大在pH 2.0～2.5，95℃；
故答案为：A；
（6）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H2O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案为：B
（7）V2O5得电子而作正极，正极上电极反应式为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5，
故答案为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5
点评：本题考查了工业制硫酸的流程，设备选择，反应条件的选择应用，化学平衡的基本计算，催化剂中钒元素的回收利用原理和流程分析，关键是审题的全面性和图象的分析能力．
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