Question

【題目】釩的化合物常用于制作催化劑和新型電池。回答下列問題：

(1)金屬釩可由鋁熱反應制得。已知25℃、101 kPa時，

4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s) △H1=a kJ·mol-1

4V(s) +5O2 (g)=2V2O5(s) △H2=b kJ·mol-1

則用鋁熱反應冶煉金屬V(s)的熱化學方程式為_____________________。

⑵V2O5為橙黃至磚紅色固體，無味、有毒，微溶于水，是許多有機和無機反應的催化劑。下圖表示的是25℃時，部分含釩微粒的存在形式、濃度和存在的pH范圍(其余可溶性微粒均未標出），圖中“[V]”表示含釩微粒的濃度，虛線表示[V]或pH的范圍尚未準確確定。

①V2O5溶于足量2mol L-1NaOH溶液中，發生反應的離子方程式為_________________，向反應后的溶液中，滴加硫酸溶液至過量(pH<1)的過程中，開始溶液保持澄淸，滴加一段時間后，觀察到有橙黃色沉淀產生，繼續滴加硫酸溶液，沉淀又消失。則沉淀消失過程中發生反應的化學方程式為_______________。

②上述滴加硫酸溶液的過程中，先后發生如下反應：

則“X所示區域溶液中的離子”不可能是___________(填序號)；

a.V3O93- b.V4O103- c. V4O124-

(3)V2O5是反應2SO2+O22SO3的催化劑。其他條件不變，加入V2O5后，該反應的速率加快的原因是_______________；恒溫恒壓下，加人V2O5，該反應的平衡常數________________ (填“增大”、 “減小”或“不變”)；

(4)下圖所示為可充電的全釩液流電池構造示意圖，該電池中的隔膜只允許H+通過。電池放電時，負極區溶液的pH將_____________(填“增大”、“減小”或“不變”)，電池充電時，陽極的電極反應式為_____________________。

Answer 1

【答案】 10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s) ΔH=(2.5a－l.5b)kJ·mol-1 V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O V2O5+H2SO4═(VO2)2SO4+H2O b 加入V2O5后，反應路徑發生改變，反應的活化能降低，反應速率加快 不變 增大 VO2+-e-+H2O═VO2++2H+

【解析】(1)金屬釩可由鋁熱反應制得。已知25℃、101 kPa時，

①4A1(s)+3O2(g)=2Al2O3 (s) △H1=a kJ·mol-1

②4V(s) +5O2 (g)=2V2O5(s) △H2=b kJ·mol-1

根據蓋斯定律，（①×5-②×3）/2，則用鋁熱反應冶煉金屬V(s)的熱化學方程式為10Al(s)+3V2O5(s)═5Al2O3(s)+6V(s) ΔH=(2.5a－l.5b)kJ·mol-1

⑵①由圖可知，在堿性條件下，以VO43-形式存在，V2O5溶于足量2mol L-1NaOH溶液中，發生反應的離子方程式為V2O5+6OH-═2VO43-+3H2O；沉淀消失過程中發生反應的化學方程式為V2O5+H2SO4═(VO2)2SO4+H2O；②H2VO4―縮水后，V的化合價不變，所以不可能的是V4O102― ；(3)加入V2O5后，該反應的速率加快的原因是反應路徑發生改變，反應的活化能降低，反應速率加快。反應溫度不變，平衡常數不變；(4)原電池中H＋ 帶正電，移向正極，故負極區溶液的pH將增大；電池充電時，陽極發生氧化反應，電極反應式為VO2+-e-+H2O═VO2++2H+。