Question

【題目】釩（V）為過渡元素，可形成多價態化合物，在工業催化、新材料、新能源等領域有廣泛應用。

（1）金屬釩熔點很高，可由鋁熱反應制得。

已知25℃、101 KPa時

4A1（s）+3O2（g）═2Al2O3（s）△H1=akJmol-1

4V（s）+5O2（g）═2V2O5（s）△H2=bkJmol-1

則用鋁熱反應冶煉金屬V（s）的熱化學方程式為______。

（2）全釩液流電池是一種新型的綠色環保儲能系統，工作原理如圖所示：

查閱相關資料可知：

離子種類	VO2+	VO2+	V3+	V2+
顏色	黃色	藍色	綠色	紫色

①該電池放電時，VO2+發生還原反應，則正極的反應式是______。

②當完成儲能時，負極溶液的顏色為______。

③電池放電時，負極區溶液的pH將______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

④用該釩電池在鐵制品上鍍銅，鐵制品應與電池的______極（填“A“或“B“）相連。若電鍍開始時兩電極質量相等，電鍍一段時間后，兩電極質量之差為128g，此時轉移電子的物質的量為______。

Answer 1

【答案】10Al(s)＋3V2O5(s)=5Al2O3(s)＋6V(s) △H=(2.5a－1.5b)kJ·mol－1或（－）kJ·mol－1 VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O 紫色 增大 B 2mol

【解析】

(1)鋁熱反應冶煉釩的化學方程式為10Al＋3V2O5=5Al2O3＋6V，根據蓋斯定律進行計算；

(2)①VO2＋發生還原反應，V得到電子，化合價降低，生成VO2＋，然后根據電解質環境寫出電極反應式；

②儲能是充電過程，電池負極與電源的負極相連，即該電極為陰極，應是V3＋和V2＋之間的轉化，根據表中現象進行分析；

③根據原電池工作原理，陽離子從負極移向正極，進行分析；

④電鍍，待鍍金屬作陰極，鍍層金屬作陽極，根據兩極電極反應式進行計算；

(1) 鋁熱反應冶煉釩的化學方程式為10Al＋3V2O5=5Al2O3＋6V，4Al（s）+3O2（g)=2Al2O3（s） ①，4V（s）+5O2（g）=2V2O5（s） ②，根據蓋斯定律，①－②，因此有10Al(s)＋3V2O5(s)=5Al2O3(s)＋6V(s) △H=(2.5a－1.5b)kJ·mol－1或（－）kJ·mol－1；

(2)①放電時，VO2＋發生還原反應，說明VO2＋得到電子，正極上得電子，化合價降低，發生還原反應，即電極A為正極，電極B為負極，根據裝置圖，正極電極反應式為VO2＋＋e－＋2H＋=VO2＋＋H2O；

②儲能為充電過程，電池的負極與電源的負極相連，該電池B為陰極，電極反應式為V3＋＋e－=V2＋，該電極溶液顏色為紫色；

③電池放電時，陽離子從負極向正極移動，即H＋從右移向左，負極區溶液c(H＋)減小，pH增大；

④鐵制品上鍍銅，鐵制品作陰極，銅作陽極，因此鐵制品應與電池的B極相連；陰極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，陽極反應式為Cu－2e－=Cu2＋，令轉移電子物質的量為amol，陰極質量增加，陽極質量減少，因此兩極質量差為+=128g，解得a=2mol。