Question

（10分）工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個階段進行，即煅燒、催化氧化、吸收。請回答下列個問題：

（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥后進入 （填設(shè)備名稱）

（2）催化氧化階段反應(yīng)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ；△H＜0，550 ℃時，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強（p）的關(guān)系如圖所示。

理論上要提高SO2的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)的條件應(yīng)是 溫 、高壓（填“高”、“低”、或“�！� ），但通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是 。

將2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于5 Ｌ密閉容器中，反應(yīng)達平衡后，體系總壓強為0.10 M Pa。該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于 。

（3）為循環(huán)利用催化劑，科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，回收率達91.7%以上。已知廢釩催化劑中含有V2O5、VOSO4及不溶性殘渣。查閱資料知：VOSO4可溶于水，V2O5難溶于水，NH4VO3難溶于水。該工藝的流程如下圖。

則：反應(yīng)①②③④中屬于氧化還原反應(yīng)的是 （填數(shù)字序號），反應(yīng)③的離子方程式為 。該工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉礬率）是回收釩的關(guān)鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度。根據(jù)下圖試建議控制氯化銨系數(shù)和溫度： 、 。

 

 

Answer 1

（1）接觸室 （2）低 使用常壓SO2就可以達到較高的轉(zhuǎn)化率。 （3） 400mol2/L2 .

（4）①② NH4+ + VO3-==NH4VO3↓ 4和80℃。

【解析】

試題分析：（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣是在接觸室中進行催化氧化實驗的。在SO2氧化的過程中雜質(zhì)有些可能是少量的也會引起催化劑中毒，所以必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥后進入接觸室。（2）由于反應(yīng)2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) ；△H＜0的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。所以為了提高原料的利用率，反應(yīng)應(yīng)該在低溫下進行。該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)。增大壓強能使平衡正向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，但是由于增大壓強對設(shè)備需要承受壓強的要求提高，需要的動力也增大，這就需要增大投入，但是制取的物質(zhì)收益甚微，相對來說，不劃算。而且在使用常壓SO2就可以達到較高的轉(zhuǎn)化率。在反應(yīng)開始時c (SO2)=0.4mol/L;c(O2)=0.2mol/L。由于反應(yīng)達平衡后，體系總壓強為0.10 M Pa，此時SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8.則平衡時c (SO2)=0.08mol/L；c(O2)=0.04mol/L；c (SO3)=0.32mol/L；因此該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=(3)在廢釩催化劑中主要含VOSO4、V2O5，經(jīng)過粉碎、水浸、過濾得到的濾渣中含有V2O5。向其中加入Na2SO3、H2SO4，經(jīng)過氧化還原反應(yīng)，V2O5變?yōu)榭扇苡谒�的VOSO4，留在濾液中。向濾液中加入KClO3,發(fā)生氧化反應(yīng)反應(yīng)，得到(VO2)2SO4。在(VO2)2SO4、VO3—、NH4VO3及V2O5中V的化合價都是+5價，化合價不變，所以是非氧化還原反應(yīng)。因此反應(yīng)①②③④中屬于氧化還原反應(yīng)的是①② 其中反應(yīng)③的離子方程式為NH4+ + VO3-=NH4VO3↓ 。根據(jù)題目提供的圖像可知：控制氯化銨系數(shù)是4；溫度為80℃ 。這時沉釩率最高。

考點：考查設(shè)備的使用、反應(yīng)條件的選擇、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、氧化還原反應(yīng)的判斷及離子方程式的書寫的知識。