Question

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)，其主要目的是                 。

(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O5)能加快 二氧化硫氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体(如图1)

 

其中a、c二步反应的化学方程式可表示为：            、          。

(3)550℃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2所示，

 

则：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，A与B表示不同压强下的SO2转化率，通常情况下工业生产中采用常压的原因是：        。

(4)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。该工艺的流程如图如下：

 

则反应①②③④中属于氧化还原反应的是           (填数字序号)，反应①的离子方程式为                                        ，该工艺中反应③的沉淀率(又称沉钒率)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：            、            。

 

 

Answer 1

(1)接触室    防止催化剂中毒

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

(3)在常压下SO2就可以达到较高的转化率

(4)①②  V2O5+SO32﹣+4H+=2VO2++SO42﹣+2H2O      4     80℃

【解析】(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；

(2)从已知信息知，V2O5起催化作用，a中V2O5变成了V2O4，说明V化合价降低，所以S元素的化合价升高，则发生的反应是SO2+V2O5SO3+V2O4，同理在c中，V的化合价升高，则O元素的化合价降低，则发生的反应是VOSO4+O22V2O5+4SO3。

(3)二氧化硫催化氧化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；

(4)由所给的图示可知，属于氧化还原反应是①②；已知VOSO4可溶于水，V2O5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，滤渣的成分是V2O5，在酸性条件下，亚硫酸根离子具有还原性，所以发生的反应是V2O5+SO32﹣+4H+=2VO2++SO42﹣。

(5)已知VOSO4可溶于水，V2O5难溶于水，NH4VO3难溶于水，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和80℃。