Question

（10分）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）煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經除塵、洗滌、干燥后進入    （填設備名稱）
（2）催化氧化階段反應2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)；△H＜0，550 ℃時，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率（α）與體系總壓強（p）的關系如圖所示。

理論上要提高SO₂的轉化率，反應的條件應是   溫 、高壓（填“高”、“低”、或“常” ），但通常情況下工業生產中采用常壓的原因是             。
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 M Pa。該反應的平衡常數等于          。
（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③的離子方程式為      。該工藝中反應③的沉淀率（又稱沉礬率）是回收釩的關鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(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系數和溫度：       、        。

Answer 1

（1）接觸室 （2）低 使用常壓SO₂就可以達到較高的轉化率。  （3） 400mol²/L² .                               
（4）①②   NH₄⁺ + VO₃^-==NH₄VO₃↓     4和80℃。                                  

試題分析：（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣是在接觸室中進行催化氧化實驗的。在SO2氧化的過程中雜質有些可能是少量的也會引起催化劑中毒，所以必須經除塵、洗滌、干燥后進入接觸室。（2）由于反應2SO₂(g) +O₂(g) 2SO₃(g)；△H＜0的正反應為放熱反應。所以為了提高原料的利用率，反應應該在低溫下進行。該反應的正反應為氣體體積減小的反應。增大壓強能使平衡正向移動，反應物的轉化率提高，但是由于增大壓強對設備需要承受壓強的要求提高，需要的動力也增大，這就需要增大投入，但是制取的物質收益甚微，相對來說，不劃算。而且在使用常壓SO₂就可以達到較高的轉化率。在反應開始時c (SO₂)=0.4mol/L;c(O₂)=0.2mol/L。由于反應達平衡后，體系總壓強為0.10 M Pa，此時SO₂的平衡轉化率為0.8.則平衡時c (SO₂)=0.08mol/L；c(O₂)=0.04mol/L；c (SO₃)=0.32mol/L；因此該反應的化學平衡常數K=(3)在廢釩催化劑中主要含VOSO₄、V₂O₅，經過粉碎、水浸、過濾得到的濾渣中含有V₂O₅。向其中加入Na₂SO₃、H₂SO₄，經過氧化還原反應，V₂O₅變為可溶于水的VOSO₄，留在濾液中。向濾液中加入KClO₃,發生氧化反應反應，得到(VO₂)₂SO₄。在(VO₂)₂SO₄、VO₃^—、NH₄VO₃及V₂O₅中V的化合價都是+5價，化合價不變，所以是非氧化還原反應。因此反應①②③④中屬于氧化還原反應的是①②   其中反應③的離子方程式為NH₄⁺ + VO₃^-=NH₄VO₃↓ 。根據題目提供的圖像可知：控制氯化銨系數是4；溫度為80℃ 。這時沉釩率最高。