Question

工業上以黃鐵礦為原料生產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)催化氧化所使用的催化劑釩觸媒(V₂O₅)能加快二氧化硫氧化速率，此過程中產生了一連串的中間體(如圖)。其中a、c二步的化學方程式可表示為：___________________________、________________________。

(2)550 ℃時，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如右圖所示。則：將2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂置于5 L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10 MPa。該反應的平衡常數等于____________。A與B表示不同壓強下的SO₂轉化率，通常情況下工業生產中采用常壓的原因是_____________________________________________________。

(3)為循環利用催化劑，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①②③④中屬于氧化還原反應的是____________(填數字序號)，反應①的離子方程式為____________________________________。該工藝中反應③的沉淀率(又稱沉釩率)是回收釩的關鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨計量數(NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比)和溫度。根據下圖試建議控制氯化銨計量數和溫度：____________、____________。

Answer 1

(1)SO₂+V₂O₅SO₃+ V₂O₄  4VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃

(2)400 L·mol^-1  使用常壓SO₂就可以達到較高的轉化率

(3)①②  V₂O₅++4H⁺2VO²⁺++2H₂O  4  80 ℃

解析：(1)V₂O₅作為催化劑，參與反應但反應前后保持不變，所以最后V₂O₅必須釋放出來，故反應方程式為：SO₂+V₂O₅SO₃+V₂O₄；

4VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃

(2)                         2SO₂+O₂2SO₃

初始的物質的量/mol   2.0    1.0             0

轉化的物質的量/mol   1.6   0.8            1.6

平衡時的物質的量/mol 0.4  0.2            1.6

K==400 L·mol^-1

工業生產中要考慮經濟效益，使用常壓SO₂就可以達到很高的轉化率，沒有必要使用高壓。

(3)由兩圖中數據可看出控制NH₄Cl計量數是4，溫度是80 ℃時沉釩率達到最大。