Question

工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個(gè)階段進(jìn)行，即煅燒、催化氧化、吸收．請(qǐng)回答下列個(gè)問(wèn)題：
（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥后進(jìn)入

接觸室

（填設(shè)備名稱）

（2）催化氧化階段反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑

△

2SO₃（g）；△H＜0
550℃時(shí)，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系
如圖1所示．
理論上要提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)的條件應(yīng)是

低

溫、高壓（填“高”、“低”、或“常”），但通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是

使用常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率

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

400L?mol^-1

．
（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(dá)91.7%以上．已知廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘?jiān)�．查閱資料知：VOSO₄可溶于水，V₂O₅難溶于水，NH₄VO₃難溶于水．該工藝的流程如圖．

則：反應(yīng)①②③④中屬于氧化還原反應(yīng)的是

①②

（填數(shù)字序號(hào)），反應(yīng)③的離子方程式為

NH₄⁺+VO₃^-═NH₄VO₃↓

．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：

4

、

80℃

． 

Answer 1

分析：（1）依據(jù)工業(yè)制硫酸的工藝流程分析判斷；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡的影響條件進(jìn)行分析增大轉(zhuǎn)化率的條件，依據(jù)生產(chǎn)效益和設(shè)備的應(yīng)用判斷，依據(jù)化學(xué)平衡的三段式計(jì)算列式計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)回收流程中的反應(yīng)結(jié)合物質(zhì)化合價(jià)的變化分析判斷屬于氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)；依據(jù)流程中的沉淀分離書寫離子方程式，根據(jù)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，依據(jù)圖象中的相關(guān)量對(duì)比分析判斷；

解答：解：（1）黃鐵礦燃燒生成的二氧化硫氣體為防止催化劑中毒，經(jīng)過(guò)除塵、洗滌、干燥后進(jìn)入接觸室催化氧化為三氧化硫；
故答案為：接觸室
（2）2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

 2SO₃（g）；△H＜0，該反應(yīng)是氣體體積減少的放熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理可知溫度越低，壓強(qiáng)越大，平衡越向正向進(jìn)行，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大，但通過(guò)圖象分析在常壓下，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，增大壓強(qiáng)對(duì)提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高不大，但增大壓強(qiáng)會(huì)對(duì)設(shè)備有更高的要求，增加成本，所以通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓；將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa，從圖象上可以知道二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為80%，利用化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算，；
                   2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

 2SO₃（g）
起始量（mol/L）      0.4      0.2             0
變化量（mol/L）   0.4×80%    0.16            0.32
平衡量（mol/L）     0.08      0.04            0.32
平衡常數(shù)K=

[SO3]2

[SO2]2[O2]

=

0.322

0.082×0.04

=400 L?mol^-1
故答案為：低    使用常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率．    400 L?mol^-1
（3）已知VOSO₄可溶于水，V₂O₅難溶于水，NH₄VO₃難溶于水，廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘?jiān)�水浸過(guò)濾后，得到的  濾渣為不溶性雜質(zhì)和 V₂O₅，濾液為VOSO₄的溶液，①中加入亞硫酸鈉的作用是還原V₂O₅為溶于水的VOSO₄；②加入KClO₃的目的，根據(jù)流程物質(zhì)的變化可知將VOSO₄氧化為（VO₂）₂SO₄；③根據(jù)NH₄VO₃難溶于水，利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀VO₃^-，不是氧化還原反應(yīng)，⑤NH₄VO₃變?yōu)閂₂O₅是化合價(jià)不變的分解反應(yīng)，不是氧化還原反應(yīng)；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，依據(jù)圖象可知，溫度80°C時(shí)的沉釩率最高為98%，在氯化銨系數(shù)圖象中對(duì)應(yīng)沉釩率98%時(shí)控制氯化銨系數(shù)為4；
故答案為：①②NH₄⁺+VO₃^-═NH₄VO₃↓4和80℃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制硫酸的流程，設(shè)備選擇，反應(yīng)條件的選擇應(yīng)用，化學(xué)平衡的基本計(jì)算，催化劑中釩元素的回收利用原理和流程分析，關(guān)鍵是審題的全面性和圖象的分析能力．