Question

為回收利用廢釩催化劑（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣），科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，主要流程如下：

部分含釩物質在水中的溶解性如下：

物質	VOSO4	V2O5	NH4VO3	(VO2)2SO4
溶解性	可溶	難溶	難溶	易溶

 
回答下列問題：
（1）工業由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，該反應的氧化劑為_____________。
（2）濾液中含釩的主要成分為______________（填化學式）。
（3）該工藝中反應③的沉淀率（又稱沉釩率）是回收釩的關鍵之一，該步反應的離子方程式____；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數（NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比）和溫度。根據下圖判斷最佳控制氯化銨系數和溫度為___________、_________℃。

（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以測定反應②后溶液中含釩量，反應方程式為：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺＝2VOⁿ⁺ + 2CO₂↑+ mH₂O，其中n、m分別為______________、________ 。
（5）全釩液流電池的電解質溶液為VOSO₄溶液，電池的工作原理為：
電池放電時正極的電極反應式為                            。

Answer 1

（15分）（1）V₂O₅(1分)（2）VOSO₄(2分)（3）NH₄⁺＋VO₃^- ＝NH₄VO₃↓(2分)；
4(2分)；80(2分） （4）2(2分)；2(2分） （5）VO₂⁺+ 2H⁺+e－= VO²⁺+H₂O(2分)

試題分析：（1）鋁和五氧化二釩發生鋁熱反應的方程式為：3V₂O₅+10Al6V+5Al₂O₃，反應中氧化劑是V₂O₅；
（2）根據溶解性表知，V₂O₅難溶，VOSO₄可溶，因此濾渣是V₂O₅，濾液中含礬的主要成分的化學式為VOSO₄；
（3）根據NH₄VO₃難溶可知，反應③是復分解反應，方程式為NH₄⁺＋VO₃^- ＝NH₄VO₃↓；根據圖像可知氯化銨系數為4、溫度為80℃時沉淀率最高，所以最佳控制氯化銨系數和溫度為4和80℃。
（4）根據方程式2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺＝2VOⁿ⁺ + 2CO₂↑+ mH₂O可知草酸中碳元素的化合價從+3價升高到+4價，失去1個電子，1mol草酸失去2mol電子，則根據電子得失守恒可知氧化劑得到2mol電子，所以1mol VO₂⁺得到1mol電子，V元素的化合價從+5價降低+4價，因此n＝2；根據氫原子守恒可知m＝2。
（5）放電是原電池，正極得到電子，則根據總反應式可知，放電時VO₂⁺得到電子，電極反應式為 VO₂⁺+ 2H⁺+e－＝VO²⁺+H₂O。