题目

题型：不详难度：来源：

（10分）工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行，即煅烧、催化氧化、吸收。请回答下列个问题：
（1）煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥后进入    （填设备名称）
（2）催化氧化阶段反应2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)；△H＜0，550 ℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。

理论上要提高SO₂的转化率，反应的条件应是   温 、高压（填“高”、“低”、或“常” ），但通常情况下工业生产中采用常压的原因是             。
将2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂置于5 Ｌ密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 M Pa。该反应的平衡常数等于          。
（3）为循环利用催化剂，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。已知废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣。查阅资料知：VOSO₄可溶于水，V₂O₅难溶于水，NH₄VO₃难溶于水。该工艺的流程如下图。

则：反应①②③④中属于氧化还原反应的是            （填数字序号），反应③的离子方程式为      。该工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数(NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比)和温度。根据下图试建议控制氯化铵系数和温度：       、        。

答案

（1）接触室 （2）低 使用常压SO₂就可以达到较高的转化率。  （3） 400mol²/L² .                               
（4）①②   NH₄⁺ + VO₃^-==NH₄VO₃↓     4和80℃。                                  

解析

试题分析：（1）煅烧黄铁矿形成的炉气是在接触室中进行催化氧化实验的。在SO2氧化的过程中杂质有些可能是少量的也会引起催化剂中毒，所以必须经除尘、洗涤、干燥后进入接触室。（2）由于反应2SO₂(g) +O₂(g) 2SO₃(g)；△H＜0的正反应为放热反应。所以为了提高原料的利用率，反应应该在低温下进行。该反应的正反应为气体体积减小的反应。增大压强能使平衡正向移动，反应物的转化率提高，但是由于增大压强对设备需要承受压强的要求提高，需要的动力也增大，这就需要增大投入，但是制取的物质收益甚微，相对来说，不划算。而且在使用常压SO₂就可以达到较高的转化率。在反应开始时c (SO₂)=0.4mol/L;c(O₂)=0.2mol/L。由于反应达平衡后，体系总压强为0.10 M Pa，此时SO₂的平衡转化率为0.8.则平衡时c (SO₂)=0.08mol/L；c(O₂)=0.04mol/L；c (SO₃)=0.32mol/L；因此该反应的化学平衡常数K=(3)在废钒催化剂中主要含VOSO₄、V₂O₅，经过粉碎、水浸、过滤得到的滤渣中含有V₂O₅。向其中加入Na₂SO₃、H₂SO₄，经过氧化还原反应，V₂O₅变为可溶于水的VOSO₄，留在滤液中。向滤液中加入KClO₃,发生氧化反应反应，得到(VO₂)₂SO₄。在(VO₂)₂SO₄、VO₃^—、NH₄VO₃及V₂O₅中V的化合价都是+5价，化合价不变，所以是非氧化还原反应。因此反应①②③④中属于氧化还原反应的是①②   其中反应③的离子方程式为NH₄⁺ + VO₃^-=NH₄VO₃↓ 。根据题目提供的图像可知：控制氯化铵系数是4；温度为80℃ 。这时沉钒率最高。