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；部分含釩物質在水中的溶解性如下表所示：

物質	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）工業上由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，其反應的化學方程式為      。
（2）反應①的目的是      。
（3）若用NaOH溶液調節pH，則轉化②的離子方程式為     。
（4）實驗室中實現反應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為硫酸工業接觸室中的重要催化劑，其催化反應為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 O₂，一定條件下達到平衡，SO₃的體積分數為。
①該條件下反應2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) 的平衡常數為_____；
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，能和金屬氧化物發生鋁熱反應，所以鋁和五氧化二釩發生鋁熱反應的化學方程式為3V₂O₅＋10Al6V＋5Al₂O₃。
（2）根據溶解性表知，濾渣是V₂O₅，酸性條件下，V₂O₅和亞硫酸鈉發生氧化還原反應生成可溶性的VOSO₄，所以反應①的目的是將V₂O₅轉化為可溶的VOSO₄。
（3）VOSO₄有強氧化性，能把氯酸鉀氧化，自身被還原成（VO₂）₂SO₄。在堿性條件下，VO₂^＋轉化為VO₃^－，反應的離子方程式是VO₂^＋＋2OH^－＝VO₃^－＋H₂O。
（4）固體加熱需要在坩堝中進行，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
一定條件下達到平衡，SO₃的體積分數為
則有
解得x＝0.45
所以該溫度下可逆反應的平衡常數K＝＝＝1620
②A．正方應是放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此減��；
B．保持溫度和容積不變，再充入2 mol He，反應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，相當于是增大壓強，平衡向正方應移動，因此增大；
D．催化劑只能改變反應速率，但不能改變平衡狀態，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。