题目内容
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＜0550℃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1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2.0mol SO2和1.0mol O2置于5L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10M 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】分析：（1）依据工业制硫酸的工艺流程分析判断；
（2）依据化学平衡的影响条件进行分析增大转化率的条件，依据生产效益和设备的应用判断，依据化学平衡的三段式计算列式计算平衡常数；
（3）根据回收流程中的反应结合物质化合价的变化分析判断属于氧化还原反应的反应；依据流程中的沉淀分离书写离子方程式，根据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，依据图象中的相关量对比分析判断；
解答：解：（1）黄铁矿燃烧生成的二氧化硫气体为防止催化剂中毒，经过除尘、洗涤、干燥后进入接触室催化氧化为三氧化硫；
故答案为：接触室
（2）2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）；△H＜0，该反应是气体体积减少的放热反应，依据化学平衡移动原理可知温度越低，压强越大，平衡越向正向进行，二氧化硫的转化率越大，但通过图象分析在常压下，二氧化硫的转化率已经很大，增大压强对提高二氧化硫的转化率提高不大，但增大压强会对设备有更高的要求，增加成本，所以通常情况下工业生产中采用常压；将2.0mol SO2和1.0mol O2置于5L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10M Pa，从图象上可以知道二氧化硫的转化率为80%，利用化学平衡的三段式列式计算，；
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）
起始量（mol/L） 0.4 0.2 0
变化量（mol/L） 0.4×80% 0.16 0.32
平衡量（mol/L） 0.08 0.04 0.32
平衡常数K=
=
=400 L?mol-1
故答案为：低 使用常压SO2就可以达到较高的转化率． 400 L?mol-1
（3）已知VOSO4可溶于水，V2O5难溶于水，NH4VO3难溶于水，废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣水浸过滤后，得到的 滤渣为不溶性杂质和 V2O5，滤液为VOSO4的溶液，①中加入亚硫酸钠的作用是还原V2O5为溶于水的VOSO4；②加入KClO3的目的，根据流程物质的变化可知将VOSO4氧化为（VO2）2SO4；③根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3-，不是氧化还原反应，⑤NH4VO3变为V2O5是化合价不变的分解反应，不是氧化还原反应；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，依据图象可知，温度80°C时的沉钒率最高为98%，在氯化铵系数图象中对应沉钒率98%时控制氯化铵系数为4；
故答案为：①②NH4++VO3-═NH4VO3↓4和80℃．
点评：本题考查了工业制硫酸的流程，设备选择，反应条件的选择应用，化学平衡的基本计算，催化剂中钒元素的回收利用原理和流程分析，关键是审题的全面性和图象的分析能力．
（2）依据化学平衡的影响条件进行分析增大转化率的条件，依据生产效益和设备的应用判断，依据化学平衡的三段式计算列式计算平衡常数；
（3）根据回收流程中的反应结合物质化合价的变化分析判断属于氧化还原反应的反应；依据流程中的沉淀分离书写离子方程式，根据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，依据图象中的相关量对比分析判断；
解答：解：（1）黄铁矿燃烧生成的二氧化硫气体为防止催化剂中毒，经过除尘、洗涤、干燥后进入接触室催化氧化为三氧化硫；
故答案为：接触室
（2）2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）；△H＜0，该反应是气体体积减少的放热反应，依据化学平衡移动原理可知温度越低，压强越大，平衡越向正向进行，二氧化硫的转化率越大，但通过图象分析在常压下，二氧化硫的转化率已经很大，增大压强对提高二氧化硫的转化率提高不大，但增大压强会对设备有更高的要求，增加成本，所以通常情况下工业生产中采用常压；将2.0mol SO2和1.0mol O2置于5L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10M Pa，从图象上可以知道二氧化硫的转化率为80%，利用化学平衡的三段式列式计算，；2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）起始量（mol/L） 0.4 0.2 0
变化量（mol/L） 0.4×80% 0.16 0.32
平衡量（mol/L） 0.08 0.04 0.32
平衡常数K=
==400 L?mol-1故答案为：低 使用常压SO2就可以达到较高的转化率． 400 L?mol-1
（3）已知VOSO4可溶于水，V2O5难溶于水，NH4VO3难溶于水，废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣水浸过滤后，得到的 滤渣为不溶性杂质和 V2O5，滤液为VOSO4的溶液，①中加入亚硫酸钠的作用是还原V2O5为溶于水的VOSO4；②加入KClO3的目的，根据流程物质的变化可知将VOSO4氧化为（VO2）2SO4；③根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3-，不是氧化还原反应，⑤NH4VO3变为V2O5是化合价不变的分解反应，不是氧化还原反应；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，依据图象可知，温度80°C时的沉钒率最高为98%，在氯化铵系数图象中对应沉钒率98%时控制氯化铵系数为4；
故答案为：①②NH4++VO3-═NH4VO3↓4和80℃．
点评：本题考查了工业制硫酸的流程，设备选择，反应条件的选择应用，化学平衡的基本计算，催化剂中钒元素的回收利用原理和流程分析，关键是审题的全面性和图象的分析能力．
练习册系列答案
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