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．请回答下列个问题：

（1）煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥，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（如图一）．其中a、c二步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）的关系如图二所示．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．该反应的平衡常数等于______．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______．

Answer 1

解：（1）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；其中二氧化硫的催化氧化在催化剂表面和空气中的氧气接触反应，若气体中含有杂质气体容易使催化剂中毒，所以煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥；故答案为：接触室，防止催化剂中毒．
（2）依据图1中的转化关系，V₂O₅参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫，本身被还原为图中产物V₂O₄；根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄转化为SO₃，此过程需要重新生成催化剂V₂O₅，需要氧化剂完成，此过程中的氧化剂时氧气，根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；故答案为：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（3 ）体系总压强为0.10M Pa，此时二氧化硫的转化率为80%
2SO₂+O₂2SO₃
起始量（mol） 2 1 0
变化量 （mol）2×0.8 0.8 2×0.8
平衡量 （mol） 0.4 0.2 1.6
平衡时各物质的浓度为：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常数的计算式得到
平衡常数K==400 L?mol^-1，
从图象中可以看出，常压SO₂就可以达到较高的转化率，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；
故答案为：400 L?mol^-1，使用常压SO₂就可以达到较高的转化率；
分析：（1）煅烧黄铁矿形成的炉气主要是二氧化硫气体，进入接触室前必须对气体继续除尘、洗涤、干燥，防止催化剂中毒，影响翠湖氧化的效果；
（2）根据催化剂参与反应过程生成的中间产物，分析催化剂参与反应，最终重新生成来书写化学方程式；
（3）根据化学平衡计算的三段式进行计算，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；
点评：本题考查了工业制硫酸的生产步骤、原理应用、注意问题，化学平衡的应用和条件选择，利用信息进行判断和书写化学方程式的能力，图象分析能力，提取钒元素的流程分析和氧化还原反应的应用．