Question

從廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂和Fe₂O₃等）中回收V₂O₅的一種生產(chǎn)工藝流程示意圖如圖a：

回答下列問題：
（1）①中廢渣的主要成分是

 

．
（2）完成④中反應(yīng)的離子方程式：

 

ClO₃^-+

 

VO²⁺+

 

H⁺=

 

VO³⁺+

 

（

 

）+

 

（

 

）
（3）25℃時(shí)，取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間的關(guān)系如下表

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
釩沉淀率/%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

試判斷在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，⑤中加入氨水調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為

 

；若釩沉淀率為93.1%時(shí)不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜

 

．（已知：25℃時(shí)，K_sp（Fe（OH）₃）=2.6×10^-39）
（4）全礬液流電池是一種新型電能儲存和高效轉(zhuǎn)化裝置（如圖b所示，a、b均為惰性電極），已知：全礬液流電池的工作原理為：
VO₂⁺+V²⁺+2H⁺   

放電

充電

  VO²⁺+H₂O+V³⁺
V²⁺為紫色，V³⁺為綠色，VO²⁺為藍(lán)色，VO₂⁺為黃色．則：
①放電過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)移1.0mol電子時(shí)共有1.0mol H⁺從

 

槽遷移進(jìn)

 

槽（填“左”、“右”）
②當(dāng)充電時(shí)，右槽溶液顏色由

 

色變?yōu)?!--BA-->

 

色．

Answer 1

分析：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，二氧化硅不與酸反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅；
（2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)元素化合價(jià)變化和電子守恒原子守恒分析配平得到離子方程式；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.6，此時(shí)鋇沉淀率達(dá)到最大，需要調(diào)節(jié)的pH較小；依據(jù)沉淀溶度積計(jì)算分析；
（4）①放電時(shí)，正極上的反應(yīng)：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，負(fù)極上發(fā)生V²⁺-e^-=V³⁺的反應(yīng)；
②充電過程是電解池的工作原理，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，右槽中是陰極反應(yīng)，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)；

解答：解：（1）廢釩催化劑（主要成分V₂O₅、Fe₂O₃和SiO₂等）酸溶后，V₂O₅、Fe₂O₃和酸反應(yīng)，二氧化硅不與酸反應(yīng)，過濾得到濾渣為二氧化硅，
故答案為：SiO₂；
（2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)元素化合價(jià)變化和電子守恒原子守恒分析配平，ClO₃^-中氯元素化合價(jià)從+5價(jià)變化為-1價(jià)，得到電子6，VO²⁺變化為VO³⁺、元素化合價(jià)從+4價(jià)變化為+5價(jià)失電子1，依據(jù)電子守恒、原子守恒配平得到離子方程式為：ClO₃^-+6VO²⁺+6H⁺=6VO³⁺+Cl^-+3H₂O；
故答案為：1；6；6；6；1，Cl^-；3；H₂O；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH最佳值為1.7，此時(shí)鋇沉淀率達(dá)到最大，需要調(diào)節(jié)的PH較��；若釩沉淀率為90%時(shí)不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，此時(shí)PH=2，氫離子濃度=10^-2mol/L，c（OH^-）=10^-12mol/L，則溶液中c（Fe³⁺）濃度依據(jù)溶度積計(jì)算，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計(jì)算得到c（Fe³⁺）=2.6×10^-3mol/L，不產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則溶液中c（Fe³⁺）＜4.0×10^-2mol/L，
故答案為：1.7；2.6×10^-3mol/L；
（4）①根據(jù)題意，放電時(shí)左槽溶液顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色，即VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，所以此電極是正極，質(zhì)子交換膜是允許氫離子通過的隔膜，放電時(shí)，正極上的反應(yīng)：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，負(fù)極上發(fā)生V²⁺-e^-=V³⁺的反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)移1.0mol電子時(shí)共有1.0mol H⁺從右槽移進(jìn)左槽；
故答案為：右，左；
②充電過程中，a極是電解池的陽極，充電時(shí)和電源的正極相接，該極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，充電時(shí)，右槽是電解池的陰極，該極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，應(yīng)該是V³⁺為綠色變化為V²⁺為紫色，綠色變?yōu)樽仙��?br />故答案為：綠、紫；

點(diǎn)評：本題考查了流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用，題干信息分析判斷能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．