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。己知：V可形成VO²⁺、VO₂⁺、VO₃^-等多種離子；部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下表所示：

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

 

該工藝的主要流程如下：
請回答下列問題：
（1）工業(yè)上由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為      。
（2）反應(yīng)①的目的是      。
（3）若用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，則轉(zhuǎn)化②的離子方程式為     。
（4）實驗室中實現(xiàn)反應(yīng)③所需主要儀器除三腳架、泥三角、酒精燈外，必不可少的是    。
（5）V₂O₅為硫酸工業(yè)接觸室中的重要催化劑，其催化反應(yīng)為2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) ΔH＜0，在容積為2.0 L的密閉容器中充入2 mol SO₂、1 mol O₂，一定條件下達(dá)到平衡，SO₃的體積分?jǐn)?shù)為。
①該條件下反應(yīng)2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) 的平衡常數(shù)為_____；
②下列措施能使增大的是_____。
A．升高溫度
B．保持溫度和容積不變，再充入2 mol He
C．保持溫度和容積不變，再充入2 mol SO₂和1 mol O₂
D．不用V₂O₅作催化劑，改用其它更高效催化劑

Answer 1

（14分）（1）3V₂O₅＋10Al6V＋5Al₂O₃(2分)；（2）將V₂O₅轉(zhuǎn)化為可溶的VOSO₄(2分)
⑶VO₂^＋＋2OH^－＝VO₃^－＋H₂O(3分) ⑷坩堝（2分）； ⑸1620（3分）；C（2分）

試題分析：（1）鋁是活潑的金屬，能和金屬氧化物發(fā)生鋁熱反應(yīng)，所以鋁和五氧化二釩發(fā)生鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式為3V₂O₅＋10Al6V＋5Al₂O₃。
（2）根據(jù)溶解性表知，濾渣是V₂O₅，酸性條件下，V₂O₅和亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成可溶性的VOSO₄，所以反應(yīng)①的目的是將V₂O₅轉(zhuǎn)化為可溶的VOSO₄。
（3）VOSO₄有強(qiáng)氧化性，能把氯酸鉀氧化，自身被還原成（VO₂）₂SO₄。在堿性條件下，VO₂^＋轉(zhuǎn)化為VO₃^－，反應(yīng)的離子方程式是VO₂^＋＋2OH^－＝VO₃^－＋H₂O。
（4）固體加熱需要在坩堝中進(jìn)行，因此必不可少的是坩堝。
（5）①             2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)
起始濃度（mol/L）   1.0      0.5          0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）   2x       x            2x
平衡濃度（mol/L）  1.0－2x  0.5－x        2x
一定條件下達(dá)到平衡，SO₃的體積分?jǐn)?shù)為
則有
解得x＝0.45
所以該溫度下可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝1620
②A．正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，則升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此減小；
B．保持溫度和容積不變，再充入2 mol He，反應(yīng)物和生成物的濃度不變，平衡不移動，因此不變；
C．保持溫度和容積不變，再充入2 mol SO₂和1 mol O₂，相當(dāng)于是增大壓強(qiáng)，平衡向正方應(yīng)移動，因此增大；
D．催化劑只能改變反應(yīng)速率，但不能改變平衡狀態(tài)，因此不用V₂O₅作催化劑，改用其它更高效催化劑使，不變，答案選C。